侯志強(qiáng)，周秋紅

（中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 工程背景

1.1 設(shè)計(jì)概況

某立交橋采用鋼-混疊合梁結(jié)構(gòu)，全橋由鋼結(jié)構(gòu)主梁和現(xiàn)澆混凝土橋面板疊合而成。鋼結(jié)構(gòu)主梁部分采用三箱三室開(kāi)口截面，單個(gè)箱由頂板、腹板、底板以及順橋向底板、腹板加勁肋構(gòu)成，順橋向每隔3m設(shè)置1道主橫隔板。鋼結(jié)構(gòu)主梁頂板板厚25mm，底板板厚30mm、40mm，底板加勁板板厚25mm通長(zhǎng)布置；中腹板板厚20mm、30mm，邊腹板板厚25mm；腹板加勁板板厚20mm分段布置；主橫隔板板厚16mm，輔橫隔板板厚16mm，支撐附近橫隔板及加勁板板厚20mm、30mm。

下部結(jié)構(gòu)采用雙方柱式墩，墩梁固結(jié)，地面以上墩身部分采用鋼箱結(jié)構(gòu)，鋼箱墩身腹板厚30mm，腹板加勁厚25mm，順向每隔1.5m設(shè)置1道橫隔板，板厚16mm；鋼箱墩身與混凝土墩身采用68根M24高強(qiáng)螺栓固結(jié)，混凝土墩身下接2.5m厚承臺(tái)，樁基采用4根φ1.6m樁基。

臨時(shí)支架分為支架1～支架7，其中，支架2～支架6采用φ529mm×8鋼管，支架1和支架7采用φ630mm×8鋼管樁。臨時(shí)支架管樁與地面之間采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)承重，擴(kuò)大基礎(chǔ)上預(yù)埋鋼管樁支架預(yù)埋件，支架管樁與預(yù)埋件之間焊接連接。

1.2 頂升工況簡(jiǎn)介

原設(shè)計(jì)頂升工況要求在橋面混凝土施工完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在鋼梁的兩端利用PLC頂升設(shè)備進(jìn)行同步頂升。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施作過(guò)程中遇到了以下問(wèn)題需要解決：

1）鋼梁頂升兩端距離＞100m，同步頂升時(shí)設(shè)備布設(shè)困難；

2）采用中部單點(diǎn)頂升時(shí)所需千斤頂噸位較大，造價(jià)較高。

針對(duì)上述問(wèn)題，綜合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備配置情況，采用兩端分步頂升的方案顯得更為經(jīng)濟(jì)合理?，F(xiàn)將鋼梁在兩端和中部頂升及兩端分步頂升和一次頂升2種工況條件對(duì)鋼梁力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，探究此方法的可行性。

2 有限元模型介紹

采用邁達(dá)斯有限元軟件建立全橋上部結(jié)構(gòu)三維有限元模型。其中，鋼箱梁和柱式鋼墩部分采用板單元根據(jù)不同面板厚度模擬，混凝土橋面板采用實(shí)體單元模擬，鋼絞線采用桁架單元模擬[1，2]。橋面板單元材料采用C50混凝土，鋼箱梁和柱式鋼墩板單元材料采用Q345鋼，鋼絞線桁架單元材料采用strand1860鋼。

采用壓力面荷載進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力、橋面板及附屬結(jié)構(gòu)荷載的施加，縱向預(yù)應(yīng)力采用初拉力荷載，梁體頂升及回落采用節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制位移的方式進(jìn)行施加，結(jié)構(gòu)的自重由軟件自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算[3]。

邊界條件：兩端支座位置對(duì)稱設(shè)置4個(gè)DZ方向約束，鋼墩底部設(shè)置 2個(gè)DX、DY、DZ、RX、RY、RZ方向的固結(jié)約束，支座處及鋼墩底部約束施加處采用剛性連接，每個(gè)臨時(shí)支墩處采用節(jié)點(diǎn)彈性連接，疊合梁橋有限元計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 疊合梁橋有限元計(jì)算模型

3 有限元模型分析

3.1 分析方法

為了對(duì)比分析兩端和中部頂升的受力結(jié)果及兩端分步頂升和一次頂升的受力結(jié)果，將模型分為以下3種工況分別進(jìn)行分析：

1）鋼箱梁梁體中部一次回落20cm；

2）鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm；

3）鋼箱梁梁體兩端再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 縱向鋼絞線拉力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計(jì)20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的鋼絞線內(nèi)力輸出結(jié)果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm過(guò)程中鋼絞線拉力最大值與最小值變化趨勢(shì)相同，且均呈現(xiàn)變小趨勢(shì)，說(shuō)明橋面板混凝土壓應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢(shì)。

3.2.2 橋面板混凝土壓應(yīng)力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計(jì)20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的橋面板混凝土壓應(yīng)力輸出結(jié)果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm過(guò)程中橋面板混凝土壓應(yīng)力逐漸增大，對(duì)混凝土橋面板產(chǎn)生裂縫有明顯控制作用。

3.2.3 鋼箱梁和柱式鋼墩壓應(yīng)力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計(jì)20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的鋼箱梁和柱式鋼墩應(yīng)力輸出結(jié)果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm過(guò)程中鋼箱梁和柱式鋼墩應(yīng)力逐漸增大，說(shuō)明橋面板混凝土壓應(yīng)力逐漸增大。

3.2.4 支座反力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計(jì)20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的各支點(diǎn)處支座反力結(jié)果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm過(guò)程中各支點(diǎn)處支座反力變化趨勢(shì)相同。鋼箱梁梁體中部頂升相對(duì)兩端依次頂升所需頂升力較大。

4 展望

總體來(lái)說(shuō)，本文的研究工作雖然取得了一定成效，可為同行工作者提供有價(jià)值的信息，但在以下方面還有待進(jìn)一步研究：

1）疊合梁支點(diǎn)頂升施工過(guò)程中，負(fù)彎矩區(qū)鋼箱梁底板及靠近受壓翼緣和側(cè)腹板部位壓應(yīng)力較大，這對(duì)鋼箱梁構(gòu)件的穩(wěn)定性能有較大的影響，又因鋼箱梁腹板在支點(diǎn)附近受負(fù)彎矩和剪力的共同作用，受力較復(fù)雜，因此，對(duì)該處構(gòu)件穩(wěn)定性有待于繼續(xù)分析研究。

2）有限元結(jié)構(gòu)非線性的求解通常都會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與有限元計(jì)算理論的成長(zhǎng)，建模分析時(shí)可將模型進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，以此得到更加精確的計(jì)算結(jié)果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某混凝土疊合梁立交橋工程為研究背景，利用有限元軟件建立全橋上部結(jié)構(gòu)模型，對(duì)比了鋼梁在兩端和中部頂升及兩端分步頂升和一次頂升2種工況條件下的鋼梁力學(xué)性能，得出如下結(jié)論：

1）鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計(jì)20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的應(yīng)力、內(nèi)力和支反力結(jié)果相差均較?。?/p>

2）鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續(xù)頂升10cm，最終兩側(cè)累計(jì)各頂升20cm過(guò)程中應(yīng)力、內(nèi)力和支反力的變化趨勢(shì)相同，分步頂升與同步頂升可達(dá)到同樣效果；鋼絞線拉力變小、橋面板混凝土壓應(yīng)力及鋼箱梁壓應(yīng)力變大，可對(duì)混凝土橋面板裂縫的產(chǎn)生起到明顯控制作用；

3）鋼箱梁梁體中部一次頂升比兩端依次頂升所需頂力較大，可以考慮采用兩端依次頂升的方法替代中部頂升。