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        高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度仿真分析

        2020-07-26 06:02:08代鈞元
        四川建材 2020年7期
        關(guān)鍵詞:變形分析施工

        劉 濤,代鈞元

        (1.廣安市交通建設(shè)工程造價(jià)管理站,四川 廣安 638000;2.重慶浩正公路園林工程有限公司,重慶 400060)

        1 預(yù)拱度設(shè)置與分析

        預(yù)拱度包括施工預(yù)拱度、成橋預(yù)拱度和30年收縮徐變預(yù)拱度三個(gè)階段。施工預(yù)拱度包括施工階段變形、1/2的移動(dòng)荷載變形和長(zhǎng)期變形等,成橋預(yù)拱度包括1/2的移動(dòng)荷載變形和長(zhǎng)期變形等,30年收縮徐變預(yù)拱度是指橋梁使用30年后跨中截面仍有一定預(yù)拱度儲(chǔ)備。施工階段變形影響因素主要包括各節(jié)段箱梁自重,掛籃、模板和施工機(jī)具(包括人工)的重量,混凝土收縮徐變,預(yù)應(yīng)力和二期恒載等;長(zhǎng)期變形主要考慮成橋后30年的收縮徐變引起的變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)可知,在確定施工預(yù)拱度時(shí),一般還會(huì)加入一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)值。

        本文采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)各階段預(yù)拱度進(jìn)行計(jì)算分析,其理論表達(dá)式如下:施工階段變形[3]=梁體自重變形+預(yù)應(yīng)力變形+掛籃、模板和施工機(jī)具等變形+混凝土收縮徐變變形+二期恒載變形;施工預(yù)拱度=施工階段變形+1/2移動(dòng)荷載變形+長(zhǎng)期變形+經(jīng)驗(yàn)值;成橋預(yù)拱度=施工預(yù)拱度-成橋階段各節(jié)點(diǎn)累計(jì)變形值;30年收縮徐變預(yù)拱度=施工預(yù)拱度-30年收縮徐變各節(jié)點(diǎn)累計(jì)變形值。此處經(jīng)驗(yàn)值的取值根據(jù)成橋預(yù)拱度中跨跨中和邊跨變形最大點(diǎn)分別由L/1 000和L/2 000確定(L表示各跨的橋梁跨徑)。

        2 工程背景

        四川省某橋主橋?yàn)?8+180+98(m)三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,箱梁斷面采用單箱單室,箱頂寬12 m,箱底寬6.6 m,箱懸臂長(zhǎng)2.7 m,箱梁高度、底板厚度變化按1.8次拋物線布設(shè);箱梁0#塊長(zhǎng)度為12 m,懸澆“T”單側(cè)總長(zhǎng)為83 m,從根部至跨中對(duì)稱劃分成4×3.0、4×3.5、3×4.0和10×4.5共21個(gè)節(jié)段,且最重懸澆節(jié)段達(dá)2 733 kN;全橋共設(shè)11道橫隔板;3#、6#墩處現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為6.84 m,合龍段(邊、中跨)長(zhǎng)度為2 m。主墩為8 m×8 m的分離式矩形空心墩,左幅4號(hào)橋墩高110 m,5號(hào)橋墩高為95.5 m;右副4號(hào)橋墩高為100 m,5號(hào)橋墩高為89.5 m。主梁、橋墩混凝土分別采用C55、C40。

        3 優(yōu)化建模及計(jì)算分析

        根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、施工方案以及綜合考慮橋梁空間效應(yīng),采用MIDAS/Civil對(duì)該橋進(jìn)行建模仿真分析預(yù)拱度,如圖1所示。同時(shí)對(duì)建模過(guò)程進(jìn)行細(xì)部?jī)?yōu)化,使模型更加符合橋梁實(shí)際,并與設(shè)計(jì)提供預(yù)拱度進(jìn)行對(duì)比分析,最后得到實(shí)際的預(yù)拱度。

        圖1 MIDAS分析的計(jì)算模型圖

        結(jié)合主梁節(jié)段施工實(shí)際,全橋計(jì)算模型共劃成201個(gè)單元,其中懸澆主梁105個(gè)、橋墩96個(gè);同時(shí),為準(zhǔn)確模擬主梁施工過(guò)程,每一節(jié)段施工又細(xì)分為上(移)掛籃→現(xiàn)澆混凝土→預(yù)應(yīng)力張拉等3個(gè)施工階段,本模型共有73個(gè)施工階段。

        3.1 模型仿真優(yōu)化分析

        3.1.1 預(yù)應(yīng)力鋼束優(yōu)化

        采用3D樣條曲線來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力鋼束的空間線形,真實(shí)反映鋼束的平彎、豎彎等設(shè)計(jì)狀態(tài),從而提高結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的精確度。

        3.1.2 橫隔板處理

        橫隔板對(duì)于結(jié)構(gòu)局部抗扭、抗剪作用明顯,而對(duì)于結(jié)構(gòu)整體縱向受力作用不太明顯,因此,偏于安全的將橫隔板簡(jiǎn)化成集中力,施加到模型上。

        3.1.3 混凝土收縮、徐變計(jì)算模式的選擇

        考慮結(jié)構(gòu)截面形狀、材料組成和周圍環(huán)境等影響因素,CEB-FIP1990模式較其他模式更符合實(shí)際情況;同時(shí),還考慮了30年收縮徐變。

        3.1.4 邊界條件的模擬

        模型中3#~6#墩墩底設(shè)置為固定端,采用橋墩與基礎(chǔ)剛結(jié)形式;4#、5#主墩墩頂采用墩梁剛結(jié)形式,3#、6#過(guò)渡墩墩頂采用彈性連接中僅受壓類型,邊跨現(xiàn)澆臨時(shí)支座采用固定鉸支座方式連接。

        3.2 計(jì)算結(jié)果分析

        經(jīng)計(jì)算,得到成橋階段、30年收縮徐變階段、移動(dòng)荷載和經(jīng)驗(yàn)值作用下的各節(jié)點(diǎn)豎向變形值或累計(jì)變形值,本文僅列出較高墩4#墩各截面的豎向變形值,見表1。根據(jù)預(yù)拱度理論公式計(jì)算得出施工預(yù)拱度、成橋預(yù)拱度和30年收縮徐變后預(yù)拱度,同時(shí)與設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)預(yù)拱度進(jìn)行比較,如圖2~4所示。

        表1 4#墩處各截面變形值 單位:mm

        圖2 施工預(yù)拱度對(duì)比圖

        圖3 成橋預(yù)拱度對(duì)比圖

        圖4 30年收縮徐變后預(yù)拱度對(duì)比圖

        通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn):①邊跨最大變形點(diǎn)位于距離邊支點(diǎn)34.79 m處(16’截面),因而設(shè)為邊跨預(yù)拱度最高點(diǎn);②預(yù)期實(shí)現(xiàn)成橋后中跨跨中預(yù)拱度為21.49 cm,邊跨16’截面預(yù)拱度8.43 cm。在保證橋梁具有足夠的預(yù)拱度基礎(chǔ)上,確保成橋橋面線型的平順性;③預(yù)期實(shí)現(xiàn)正常使用30年后跨中預(yù)拱度為17.79 cm,邊跨16’截面預(yù)拱度6.21 cm,確保橋梁在全壽命期內(nèi)不出現(xiàn)主梁線型下凹問(wèn)題。

        4 結(jié) 論

        根據(jù)建模仿真分析可知,采用經(jīng)驗(yàn)法得出的預(yù)拱度值較設(shè)計(jì)預(yù)拱度值更具有實(shí)用價(jià)值,各階段剩余預(yù)拱度儲(chǔ)備較大,橋面線型較平順,能明顯改善連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期下?lián)蠁?wèn)題;可為其他類似高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)控提供參考。

        [ID:009872]

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