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。

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