李 強(qiáng)，田 雷

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系橋梁施工過(guò)程中檢測(cè)及其仿真分析

李 強(qiáng)，田 雷

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

以穆棱河眾興跨河大橋工程為例進(jìn)行了闡述，通過(guò)虛擬層合有限元分析法，空間仿真分析了先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，并且，對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)體系施工期間的力學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)、認(rèn)真的分析與探究。

先簡(jiǎn)支；后連續(xù)；結(jié)構(gòu)體系橋梁；施工監(jiān)測(cè)；仿真

1 工程概況分析

穆棱河眾興跨河大橋工程，包括水岸街道路和眾興跨河大橋主體及其引道和北岸連接線三部分。水岸街道路南起興國(guó)西路，北至北環(huán)路，長(zhǎng)982.076 m；眾興跨河大橋及其引道南起北環(huán)路，北至連接線，總長(zhǎng)1 834.7 m；其中大橋長(zhǎng)1 058.16 m、南北引道長(zhǎng)706.7 m；連接線道路長(zhǎng)128.5 m。全橋共27孔，P0-P11為曲線段，P1-P2跨越景觀道，P6-P7跨越建雞高速，P17、P18樁位位于穆棱河內(nèi)。

大橋主體工程為第二合同段，橋梁長(zhǎng)1 058.16 m。橋梁采用鉆孔樁基礎(chǔ)，肋板式橋臺(tái)，雙柱式墩身；上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)方法架設(shè)。

2 檢測(cè)及其仿真分析

2.1 預(yù)應(yīng)力等效及虛擬層合單元法分析

經(jīng)典的板殼單元理論與傳統(tǒng)的梁理論有著應(yīng)用廣泛、程序通用、理論成熟的優(yōu)點(diǎn)，然而在分析先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系時(shí)卻面臨較多的困難。那么，為了有效的解決這些問(wèn)題，我們建議應(yīng)用虛擬層合有限單元法，這種方法從三維塊體單元入手，利用將對(duì)應(yīng)的板、殼、梁等假定引入進(jìn)來(lái)，將實(shí)體退化單元體系構(gòu)造出來(lái)，因此，其被廣泛的應(yīng)用。分塊積分法使得單元中的分段、分塊、分層簡(jiǎn)單容易，導(dǎo)致單元中的一些段、塊、層參數(shù)歸零，然后慢慢的挖空單元，配合虛擬節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而能夠更好的分析單元，減少其數(shù)目，并且有效的提升了求解效率，分析精度同工程的要求也能夠相符合。

2.2 分析簡(jiǎn)支梁預(yù)制構(gòu)件的首期預(yù)應(yīng)力張拉

在先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系中，預(yù)制構(gòu)件是其中非常重要的組成部分。只有對(duì)其受力特征進(jìn)行了解，在施工中才能夠更好的進(jìn)行應(yīng)用。

在分析預(yù)制梁板時(shí)，可以選擇采用虛擬層合單元法。在分析時(shí)，將22個(gè)單元剖分了出來(lái)，共有272個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要將臨近端部單元的密度劃分提升一倍。在梁的跨中和1/4出設(shè)置撓度測(cè)點(diǎn)。

(1)對(duì)比分析首期預(yù)應(yīng)力張拉彈性上拱計(jì)算結(jié)構(gòu)和實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)。箱梁頂面中點(diǎn)的實(shí)測(cè)撓度可以通過(guò)圖1進(jìn)行表示，20.4 mm為跨中的實(shí)測(cè)上拱值，18.7 mm為USAP的計(jì)算值，18.4為ANSYS的解，兩個(gè)計(jì)算值之間相差1.6%，實(shí)測(cè)值和理論值相差9%。出現(xiàn)這二種情況主要是同滬寧圖的收縮徐變、實(shí)測(cè)誤差和預(yù)應(yīng)力損失有關(guān)。

圖1 實(shí)測(cè)撓度圖

(2)理論計(jì)算數(shù)據(jù)與首期應(yīng)力張拉期間齒塊處預(yù)埋應(yīng)變的測(cè)試數(shù)據(jù)存在聯(lián)系。通過(guò)相關(guān)的分析能夠得知，測(cè)點(diǎn)的計(jì)算值和應(yīng)力是比較吻合的，就埋設(shè)應(yīng)變位置而言，通過(guò)張拉首期的預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致有相應(yīng)的壓應(yīng)力被存儲(chǔ)于該處，其數(shù)值大概為1.2 MPa，通過(guò)該處，能夠?qū)⒁欢ǖ睦瓚?yīng)力條件為齒塊出承受后連續(xù)應(yīng)力提供出來(lái)，從而將后連續(xù)預(yù)應(yīng)力張來(lái)出現(xiàn)裂縫幾率有效的降低。

通過(guò)上述分析得知，在張拉了首期的預(yù)應(yīng)力之后，這樣就會(huì)將較大的壓應(yīng)力施加到整個(gè)混凝土梁的底面板上，其中，14 MPa為跨中底面板的壓應(yīng)力最大值，從而將相應(yīng)的壓應(yīng)力儲(chǔ)備為后續(xù)的活載作用提供出來(lái)；因?yàn)橛胁煌氖芰^(qū)段存在于頂面板中，在0～6 m之間控制頂面板高度，受壓區(qū)控被控制在14～20 m的區(qū)段中，受拉區(qū)的區(qū)段為6～14 m，其中承受拉應(yīng)力最大的位置是頂面板跨中位置，1.27 MPa為其最大值。

3 計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力張拉施工及混凝土澆筑

(1)分析撓度。

實(shí)測(cè)值和后連續(xù)端及預(yù)應(yīng)力張拉期間的撓度如下圖所示。通過(guò)分析曲線得知。ANSYS和USAP能夠很好的相吻合，并且同實(shí)測(cè)值相差不大。以預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程結(jié)果和端1#部澆筑為例進(jìn)行分析，5 mm為實(shí)測(cè)的跨中撓度值，4.9 mm為ANSYS與USAP的解，2%為實(shí)測(cè)值和計(jì)算值間的誤差，在張拉2#后連續(xù)預(yù)應(yīng)力時(shí)，會(huì)將27跨的跨中降低0.02 mm，這時(shí)，會(huì)在3.1 mm左右控制26跨的跨中撓度，4.9 mm的25跨的跨中撓度，也就是27跨梁板受2#端部應(yīng)力的張拉影響較小，通過(guò)對(duì)3#、4#端部的預(yù)應(yīng)力張拉仿真曲線結(jié)果進(jìn)行分析后，能夠得出相同的規(guī)律，也就是在設(shè)計(jì)施工先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系時(shí)，隔跨梁板受到后一個(gè)端部連續(xù)預(yù)應(yīng)力的張拉影響會(huì)被不斷減小。

(2)分析跨中應(yīng)力。

通過(guò)相應(yīng)的分析得知，在張拉1#連續(xù)端預(yù)應(yīng)力后，26跨與27跨的跨中頂板有著最大的正應(yīng)力值，數(shù)值大概為1 MPa，因?yàn)榧s有1.3 MPa的頂面板拉應(yīng)力存在于預(yù)制應(yīng)力混凝土空心板先期預(yù)應(yīng)力中，這時(shí)，會(huì)在2.3 MPa左右控制跨中頂面板的拉應(yīng)力，C50混泥土的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度值并沒(méi)有被其超過(guò)。并且，前幾個(gè)跨梁會(huì)影響到2#～4#連續(xù)端的預(yù)應(yīng)力張拉情況。并且會(huì)依次的減小跨中頂板的應(yīng)力值。通過(guò)對(duì)每個(gè)端部張拉的結(jié)果進(jìn)行分析得知，也有一定的“隔跨原則”存在于跨中的應(yīng)力中，也就是在張拉25跨和24跨時(shí)，會(huì)不斷的降低其跨中頂面的拉應(yīng)力值。

(3)分析連續(xù)端頂面板的應(yīng)力。

通過(guò)分析得知，7.138 5 MPa為階段2的理論計(jì)算值，也就是，在張拉該端部預(yù)應(yīng)力時(shí)，這樣會(huì)有7 MPa的壓應(yīng)力被儲(chǔ)存到永久支座頂面板處，它把相應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)力儲(chǔ)備為永久支座處頂面承受成橋后的活載與二期橫載提供了出來(lái)。在2#永久支座頂面處，階段3會(huì)生成6.49 MPa的壓應(yīng)力，會(huì)有1.1 MPa的壓應(yīng)力出現(xiàn)在1#支座頂面板處，對(duì)此能夠得知，逐端張拉預(yù)應(yīng)力及逐端澆筑時(shí)，1#的連續(xù)壓力會(huì)影響到2#連續(xù)daunting的壓應(yīng)力儲(chǔ)備情況。對(duì)應(yīng)的，3#連續(xù)端預(yù)應(yīng)力張拉影響1#連續(xù)端的程度也會(huì)逐漸降低。也就是，也有“隔端原則”存在于后連續(xù)端部預(yù)應(yīng)力的張拉過(guò)程中。通過(guò)分析得知，依據(jù)這樣的設(shè)計(jì)原則，澆筑逐端進(jìn)行，在張拉后連續(xù)預(yù)應(yīng)力等值后，很難確保每端部都具備相同的后連續(xù)效果，所以，設(shè)計(jì)與施工方必須要高度注意這一點(diǎn)。

4 仿真與探討分析體系轉(zhuǎn)換及橋面橫載鋪裝

在完成了五跨一聯(lián)施工后，就要拆除掉臨時(shí)支座，橋面橫載鋪裝和橫橋向板塊的鉸接連接等。因?yàn)槭瞧骄峙涞臋M橋向橫載，所以，將該段的模擬可以省略掉，而賈昂橋面恒載直接施加到五跨一聯(lián)連續(xù)梁上。橫向鉸接后的受力特征就能夠通過(guò)其結(jié)果進(jìn)行分析。

(1)分析其撓度值。

實(shí)測(cè)曲線與撓度計(jì)算可以通過(guò)圖2進(jìn)行分析。

圖2 實(shí)測(cè)曲線與撓度計(jì)算

通過(guò)圖2得知，計(jì)算值和撓度實(shí)測(cè)值之間能夠很好的相吻合，在6%以下控制最大誤差值，在轉(zhuǎn)換了體系后，兩個(gè)端跨跨中撓度值分別降低了0.8 mm和0.9 mm，分別減低了16.67%和18.75%，在轉(zhuǎn)換了體系之后，24跨和26跨的難度分別提升了1 mm左右，提升了將近12.5%，25跨的跨中撓度也發(fā)生了變化，從轉(zhuǎn)換體系前的8 mm下降到了7.8 mm，大約降低了2.5%，在施工完成了橋面的鋪裝層后，都會(huì)相應(yīng)的降低各跨的跨中撓度，然而，卻有較大的差別存在于下降的幅度中。其中下降量最下的要屬26跨和24跨，就這兩跨而言，橋面鋪裝所出現(xiàn)的撓度增加量所引起的撓度會(huì)高于體系轉(zhuǎn)換所導(dǎo)致的撓度增加值。這樣就再一次表明，體系轉(zhuǎn)換后，會(huì)嚴(yán)重的影響著先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系。

(2)分析跨中應(yīng)力和連續(xù)端處的應(yīng)力。

因?yàn)樯厦嫠U述的施工都是頂面板受拉施工，所以，對(duì)頂面板的受力情況就應(yīng)該率先進(jìn)行考慮。如表1所示。

表1 正應(yīng)力分析

通過(guò)表1的分析能夠得知，在轉(zhuǎn)換體系后，23跨與27跨兩端的頂面板應(yīng)力變化的最為明顯，23跨跨中頂面板降低了22.4%，27跨跨中頂面板的應(yīng)力降低了31.4%，在轉(zhuǎn)換體系后，24跨與27跨頂面板應(yīng)力和轉(zhuǎn)換前進(jìn)行比較分別增加了27.1%與37.2%。即便在橋面鋪裝后，24跨與27跨的應(yīng)力被降低，但是，跨中頂面板的拉應(yīng)力仍然比轉(zhuǎn)換前的拉應(yīng)力要高。這同轉(zhuǎn)換體系的難度變化情況是相一致的。但是，卻相應(yīng)的在降低25跨頂面板的拉應(yīng)力。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系橋梁施工期間，為了確保其施工質(zhì)量和效率，需要分析其結(jié)構(gòu)體系，首先，在分析時(shí)，將虛擬層合單元法應(yīng)用進(jìn)去，可以將傳統(tǒng)平面分析法中存在的缺陷和不足解決掉，大大降低了單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)量，有效的提升了求解的效率。并且，橋梁的空間力學(xué)特性能夠真實(shí)的通過(guò)這種方法反應(yīng)出來(lái)。其次，該組件體系的應(yīng)用，可以將充足的壓力儲(chǔ)備為其跨中底板及其后連續(xù)預(yù)應(yīng)力錨固齒塊提供出來(lái)。從而為二期活載與恒在提供了穩(wěn)定而充足的空間，將齒塊后緣開(kāi)裂問(wèn)題出現(xiàn)的幾率有效的降低了下來(lái)。那么，現(xiàn)階段，隨著橋梁工程項(xiàng)目的不斷增多，對(duì)于橋梁施工質(zhì)量方面也提出了更高的要求，所以，在今后的施工中，對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)措施，必須要認(rèn)真的進(jìn)行了解和掌握，將其充分的應(yīng)用到施工中，從而為打造更高質(zhì)量的橋梁工程項(xiàng)目而奠定基礎(chǔ)。

[1] 陳強(qiáng).先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系橋梁施工過(guò)程監(jiān)測(cè)及其仿真分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2015，(8)：896-897.

[2] 上官萍,房貞政,付東陽(yáng).先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用研究[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，(5):136-137.

[3] 蘇衛(wèi).烏龍江特大橋引橋先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)形式的試驗(yàn)研究[J].華東公路，2007，(5):895-896.

[4] 謝小兵.先簡(jiǎn)支后連續(xù)部分預(yù)應(yīng)力工型梁設(shè)計(jì)體會(huì)[J].中南公路工程，2007，(3):841-842.

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1008-3383(2017)08-0124-02

2016-11-05

李強(qiáng)(1986-)，男，項(xiàng)目總工。