陶 鵬

(黑龍江伊哈公路工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 工程概況

M高速公路段施工方案采用分幅式(70+70) m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 型剛構(gòu)橋雙幅同時同向平面轉(zhuǎn)體，借鑒和吸收了國內(nèi)外轉(zhuǎn)體橋梁的技術(shù)成就。M高速公路段轉(zhuǎn)體后將變成于線路中心里程 K8+802.52 處呈交角 63.9°上跨M鐵路，以 81.6°跨越X線公路。X線在橋位處為(6+9+6) m 三孔框架下穿M鐵路。

2 懸臂澆筑施工仿真分析

2.1 全橋仿真建模分析

(1)材料定義、橋梁截面及變截面實現(xiàn)

主梁采用C50混凝土，混凝土彈性模量取3.45×104MPa;主墩墩身、承臺均為C40混凝土，混凝土彈性模量取3.25X104MPa;混凝土計算容重取為25.0 kN/m3。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用1 860 MPa級鋼絞線，彈性模量Ep=195 GPa。建立模型截面時，可以通過截面特征計算器生成對應(yīng)的截面，并得出相關(guān)的截面性質(zhì)。

(2)橋梁有限元節(jié)段劃分

橋梁模型單元選擇每個節(jié)點6個自由度的空間梁單元，并對這些空間梁單元進行模擬。判定標(biāo)準(zhǔn)主要有主梁施工梁段的長度、施工圖劃分梁段的長度和構(gòu)造形式等等，主梁部分模型共分42個單元，43個節(jié)點。橋梁下部結(jié)構(gòu)分20個單元，21個節(jié)點。全橋模型單元節(jié)點的建立，使得夠較好的實現(xiàn)模擬T構(gòu)變截面梁段的部分，使得變截面梁段通過PSC實現(xiàn)其橋梁功能。

(3)建立結(jié)構(gòu)組

為模擬全橋的施工過程，在施工階段中，對其中同時施工的梁段部分對應(yīng)的單元合節(jié)點，應(yīng)定義為同一個結(jié)構(gòu)組，并賦予其對應(yīng)的屬性。

(4)邊界條件設(shè)置

在對機構(gòu)組的定義完成后，再對其施加邊界條件并設(shè)定模型的邊界組條件形式。

①墩梁固結(jié):采用彈性連接中的剛性連接模擬梁墩固結(jié);

②墩底固結(jié):墩底采用的是一般支承模擬，為約束3個方向平動自由度和3個方向轉(zhuǎn)動自由度;

③邊跨現(xiàn)澆臨時支架:采用彈性連接中的只受壓單元模擬;

④成橋后的永久支座:采用的是一般支承模擬，約束豎向和橫橋向兩個方向自由度。

⑤建立荷載組

根據(jù)在實際狀況中，本橋在各施工階段所受的荷載上午具體情況，建立模型時需要施加以下荷載:自重、預(yù)應(yīng)力、掛籃荷載、混凝土濕重、合攏段壓重、二期恒載等。其中掛籃荷載和混凝土濕重的作用，可以將其等效簡化為作用在各懸澆段端部的彎矩和集中力;混凝土濕重只在當(dāng)前階段施加，下一階段即施行卸載;同時利用均布荷載，實現(xiàn)模擬二期恒載。

(5)劃分成具體施工階段

根據(jù)T構(gòu)橋施工方案所預(yù)定的懸澆施工工序，全橋總共分14個施工階段，又依據(jù)混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉、掛籃前移等三個方面，將每個施工階段細分成三個子階段。通過激活鈍化各個施工階段對應(yīng)結(jié)構(gòu)組、邊界組和荷載組，以實現(xiàn)真實的全方位的系統(tǒng)的模擬各施工階段。

2.2 模型計算結(jié)果分析

(1)在邊跨合龍段施工完成，即澆筑的混凝土經(jīng)過養(yǎng)護達到設(shè)計強度，并張拉合攏段預(yù)應(yīng)力鋼束后，主梁最大位移出現(xiàn)在13#塊和合攏段間。最大彎矩在墩頂兩側(cè)出現(xiàn)，值為14 849 kN·m。與最大懸臂階段相比，在此階段下，全橋同樣處于受壓狀態(tài)，而且應(yīng)力值在一定程度上有所增加。

(2)主梁在完成路面鋪裝即模型施加二期局部荷載后，梁段最大位移出現(xiàn)位置和合攏段出現(xiàn)的位置相同，即在13#塊和合攏段間。最大彎矩同樣出現(xiàn)在墩頂兩側(cè)，值為-149 344 kN·m。

2.3 主梁各懸澆段預(yù)拱度

在剛構(gòu)橋主梁的懸臂施工階段開展前，需要詳細地模擬全橋施工過程，設(shè)置預(yù)拱度為恒載和1/2靜活載作用下各懸澆節(jié)段的撓度值之和。各懸澆段預(yù)拱度設(shè)置理論值見圖1。

圖1 各懸澆段預(yù)拱度設(shè)置理論值

3 施工應(yīng)力監(jiān)測

3.1 主梁應(yīng)力

為了減少溫度對應(yīng)變結(jié)果相關(guān)的干擾因素的產(chǎn)生的影響，每次進行測試時，選擇在早上進行。測試時在完成各梁端混凝土澆筑完成后和預(yù)應(yīng)力張拉等等步驟后，進行應(yīng)力測量。應(yīng)力測量結(jié)果由測試的混凝土應(yīng)變換算得到，由于測試數(shù)據(jù)量龐大內(nèi)容復(fù)雜等因素，此處簡化為只對左側(cè) T構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力筋張拉后控制截面箱梁應(yīng)力測量值與理論值進行比對與分析。

3.2 對比表

(1)在各施工階段中對頂、底、腹板的施加的實測應(yīng)力均為壓應(yīng)力，實測值與理論值隨施工工況且與理論應(yīng)力差值都在 2 MPa 以內(nèi)，即都在允許的誤差范圍以內(nèi)；(2)排除外界條件的影響因素之外，全橋四個控制截面的頂、底、腹板的實測應(yīng)力和理論應(yīng)力隨施工階段變化而變化，變化規(guī)律基本一致，且實測應(yīng)力值比理論值大。

4 結(jié) 論

(1)在施工過程中，主梁各控制截面應(yīng)力始終處于受壓狀態(tài)，說明 T 構(gòu)梁體整體受力整體性能安全。 (2)由線形的監(jiān)測結(jié)果可推測得出結(jié)論，在誤差范圍內(nèi)，T 構(gòu)各施工階段橋梁的狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)基本一致，達到了設(shè)計要求。 (3)根據(jù)所監(jiān)控結(jié)構(gòu)的施工特點，為了保證結(jié)構(gòu)施工過程中和成橋時的狀態(tài)盡可能接近設(shè)計理想狀態(tài)，必須提前確定合理的監(jiān)測控制方案，實現(xiàn)施工控制最終目標(biāo)。

[1] 賈優(yōu)秀，徐家定.跨滬杭高速公路特大橋轉(zhuǎn)體球鉸安裝施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011，(1):1-3.

[2] 顧安邦.張永水. 橋梁施工監(jiān)測與控制[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.