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        下承式系桿拱橋吊桿張拉控制分析

        2018-04-20 11:51:07鄒仕奇
        四川水泥 2018年4期
        關(guān)鍵詞:系梁系桿索力

        鄒仕奇

        (中交三公局第二工程有限公司, 天津 100124)

        0 引言

        隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,系桿拱橋在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。隨著泵送混凝土技術(shù),應(yīng)力技術(shù)以及各種施工工藝的發(fā)展,系桿拱橋以其跨越能力大、承載力高、空間用率高、節(jié)省材料、造價低和外形流暢美觀等優(yōu)勢成為現(xiàn)代城市橋梁發(fā)展的方向。系桿拱橋是一種由系梁、拱肋與吊桿組成的外部靜定、內(nèi)部超靜定的梁拱組合體系,集拱與梁的優(yōu)點(diǎn)于一身,將拱與梁2種基本結(jié)構(gòu)形式組合在一起,共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用,支座不受拱的水平推力,橋梁建筑高度低,跨越能力大,已得到越來越廣泛的應(yīng)用,系桿拱橋中的吊桿一般可做成剛性吊桿或柔性吊桿兩種形式。

        1 工程概況

        先鋒橋橋跨布置為5×20+90+7×20,主橋采用1孔90m下承式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土系桿拱,計算跨徑為90.3m,拱軸線為二次拋物線,矢跨比1/5,矢高18.06m。橋面寬度:2.0m(人行道)+12m(機(jī)非混合車道)+2m(人行道)=16m,橋面結(jié)構(gòu)由拱肋、風(fēng)撐、系桿、中橫梁、端橫梁、吊桿、行車道板組成。橋梁設(shè)計荷載等級為公路—1級。

        全橋共設(shè)2×17根吊桿,間距為5m,對應(yīng)吊桿間設(shè)橫梁,吊桿索體采用ψ7-61高強(qiáng)鋼絲,吊桿采用7-61型冷鑄錨,跨中向兩側(cè)對稱進(jìn)行安裝,自左向右編號為1-17#,安裝順序?yàn)椋?-7(11)-5(13)-3(15)-1(17)-8(10)-6(12)-4(14)-2(16)。鋼材:彈性模量:E=2.05×105MPa;泊松比μ=0.3;密度ρ=7850kg/m3;C50混凝土:彈性模量:E=3.45×104MPa;泊松比μ=0.2;密度ρ=2600kg/m3;fcd=22.4MPa;ftd=1.83MPa;重力加速度:9.81m/s2。

        2 施工工藝流程

        施工準(zhǔn)備--拆除原橋上部結(jié)構(gòu)—搭設(shè)系桿、拱腳支架—預(yù)制全橋預(yù)制構(gòu)件—現(xiàn)澆端橫梁—1次澆筑拱腳--張拉端橫梁全部預(yù)應(yīng)力束—現(xiàn)澆系桿—張拉系桿第一批預(yù)應(yīng)力束—2次澆筑拱腳—吊裝第1批中橫梁—張拉中橫梁第2批預(yù)應(yīng)力束—搭設(shè)拱肋吊裝支架—吊裝拱肋、風(fēng)撐—張拉系桿第2批預(yù)應(yīng)力束—安裝吊桿—張拉吊桿第1批張拉力—吊裝剩余中橫梁—張拉中橫梁第第2批預(yù)應(yīng)力束—安裝行車道板—張拉中橫梁第3批預(yù)應(yīng)力束—安裝人行道板—張拉吊桿第2批預(yù)應(yīng)力束—現(xiàn)澆橋面及橋面附屬工程。

        3 有限元模型

        計算采用大型通用有限元程序建立拱橋系桿下?lián)?、整體頂升糾偏受力模型。通過建立三維實(shí)體單元模型,對拱橋系桿下?lián)?、頂升糾偏措施進(jìn)行仿真模擬。全橋共劃分10820個C3D8R單元(含支座)。拱橋內(nèi)部屬于超靜定,外部為簡支受力體系,模型中5號墩支座約束約束x、y方向平動自由度,6號墩約束其x、y和z三個方向的平動自由度。拱肋系桿有限元計算模型如圖1所示。

        圖1 拱肋系桿有限元模型

        表1 S11方向(水平向)最大拉壓應(yīng)力

        表2 U2位移(豎向)最大下?lián)现?/p>

        根據(jù)以上分析可知,系桿經(jīng)過三次分級頂升后,基本上能夠恢復(fù)原設(shè)計標(biāo)高,但系桿局部會產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力最大值為0.95MPa,滿足規(guī)范要求。

        4 吊桿試張拉應(yīng)力與線形檢測

        首先,吊桿張拉前提是保證結(jié)構(gòu)安全,在張拉吊桿時,張拉前后要保證吊桿索力在安全范圍,不能超出一定的安全系數(shù),系桿和拱肋應(yīng)力均須在安全范圍。其次,吊桿張拉應(yīng)遵循可靠的方法。由于拱肋和系桿畢竟剛度有限,張拉某一根吊桿時,拱肋和系桿發(fā)生一定位移,附近吊桿索力也會發(fā)生改變。張拉某根吊桿對相鄰吊桿內(nèi)力的影響最大,同時對全橋其他已張拉吊桿的索力均有不同程度的影響,可謂“拉一索而動全索”。通過大量的實(shí)際工程證明,這種影響存在明顯的非線性特征,這也給吊桿張拉或調(diào)整的施工控制帶來了一定的困難。因此,張拉時不能隨意張拉,否則可能導(dǎo)致索力混亂,增大張拉的困難。因此,應(yīng)該尋找到一套可靠的索力張拉方法。

        經(jīng)過吊桿張拉,拱肋跨中截面下緣及拱腳截面上緣均有一定的拉應(yīng)力,最大拉應(yīng)力達(dá)1.8MPa,小于C50混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.65MPa。

        整個張拉過程中拱肋變形量不大,最大17mm,但左右側(cè)拱肋的變形對稱性稍欠缺,這是由于拱肋采用全站儀測試相對變形量,每次儀器布設(shè)位置、環(huán)境溫度等對測量結(jié)果也帶來一定的誤差。

        經(jīng)過三輪張拉及部分吊桿補(bǔ)張拉,系梁截面上下緣應(yīng)力較張拉前均有較大的改觀,除7#截面外,其余截面應(yīng)力分布基本還可以接受。7#截面下緣實(shí)測拉應(yīng)力由張拉前的5.3MPa變化至現(xiàn)有的0.7MPa,上緣壓應(yīng)力也有較大的減小,7-1由張拉前-25.6MPa減小到目前的-18.3MPa,7-2由張拉前-29.7MPa減小到目前的-22.4MPa。目前實(shí)測上緣壓應(yīng)力最大-22.4MPa,仍然偏大。

        通過吊桿張拉及部分吊桿補(bǔ)張拉,系梁截面應(yīng)力分布較張拉前較大改觀,拱肋截面應(yīng)力分布也較為合理,張拉后對系梁外觀進(jìn)行調(diào)查,張拉過程中未見明顯病害發(fā)生。

        5 結(jié)論

        本文通過錫澄運(yùn)河航道整治工程橋梁項目看出,其采用大型通用有限元程序建立拱橋系桿下?lián)?、整體頂升糾偏受力三維實(shí)體單元模型,對拱橋系桿下?lián)?、頂升糾偏措施進(jìn)行仿真模擬,得出以下結(jié)論:

        (1)經(jīng)過三次分級頂升糾偏,系桿高程基本能達(dá)到設(shè)計值范圍內(nèi)。但局部會差生最大為0.95 MPa的拉應(yīng)力;

        (2)建議沒計頂升糾偏應(yīng)持荷一定時間,經(jīng)應(yīng)力觀測一段時間且滿足要求后才可進(jìn)行下一級頂升,期間應(yīng)加強(qiáng)檢測;

        (3)頂升過程中,系桿底部拉應(yīng)力應(yīng)控制在合理范圍內(nèi),可適當(dāng)加大荷載,作為對后續(xù)工序荷載的應(yīng)力儲備;

        (4)系梁截面應(yīng)力除7#截面外,其余截面應(yīng)力分布基本合理,未出現(xiàn)超限拉壓應(yīng)力情況。

        [1]呂宏亮.鋼管混凝土系桿拱橋施工控制研究[J].建筑技術(shù),2008,(10):805-808.

        [2]于琦,孟少平.系桿拱橋張拉控制有限元模擬方法研究[J].特種結(jié)構(gòu),2008,(1):88-91.

        [3]趙洋,焦洪波.混凝土系桿拱橋吊桿更換施工[J].施工技術(shù),2011,40(17):33-36.

        [5]陳亮,岳青.系桿拱橋吊桿張拉施工控制方法.現(xiàn)代交通技術(shù),2011,8(1):64-67.

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