王思偉

(湖南中大設(shè)計(jì)院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410075)

市政橋梁受周圍環(huán)境影響較大，特別是橋下線路復(fù)雜，穿越形式多樣，斜橋和斜轉(zhuǎn)正橋?qū)映霾桓F。斜轉(zhuǎn)正橋作為斜橋的一種特殊結(jié)構(gòu)，兼具正交橋和斜橋兩者的受力特點(diǎn)。李建、楊永平等基于梁格方法分析了裝配式斜轉(zhuǎn)正梁橋的受力特點(diǎn)，并總結(jié)了彎矩、扭矩及支反力的變化特征。李江龍通過(guò)對(duì)現(xiàn)澆斜轉(zhuǎn)正連續(xù)梁應(yīng)力特點(diǎn)的分析，提出了預(yù)應(yīng)力鋼束和鋼筋的配置建議。韓鋒等采用有限元方法對(duì)常規(guī)斜轉(zhuǎn)正橋梁布跨提出了建議。目前研究中關(guān)于斜轉(zhuǎn)正梁橋的計(jì)算分析較少，大多依據(jù)項(xiàng)目需要對(duì)單一斜轉(zhuǎn)正橋進(jìn)行分析，不能系統(tǒng)和深刻地認(rèn)識(shí)該類橋的受力特點(diǎn)。同時(shí)橫向濕接頭澆筑時(shí)，預(yù)制梁已存梁2～3個(gè)月，導(dǎo)致其與預(yù)制梁存在收縮齡期差，而大多數(shù)建模通常忽略橫向濕接頭的影響，將其與主梁同時(shí)受力，缺乏對(duì)施工過(guò)程的認(rèn)識(shí)，影響結(jié)構(gòu)安全性。該文考慮橫向濕接頭的影響，以前后跨徑線差為6°的斜轉(zhuǎn)正梁橋?yàn)槔?，分析橫向濕接頭的存在對(duì)主梁支座反力的影響及常見(jiàn)橫向濕接頭澆筑順序?qū)π鞭D(zhuǎn)正橋受力的影響，基于計(jì)算結(jié)果提出建模方法和澆筑順序的相關(guān)建議。

1 工程背景

某30 m跨徑裝配式小箱梁橋采用斜轉(zhuǎn)正梁橋結(jié)構(gòu)，梁高1.7 m，橋?qū)?3.95 m，橋面按單向三車道布置，梁片數(shù)為5片?？缰袖撌本€段長(zhǎng)為1.6 m，斜邊與直角邊角度差按6°控制，最短邊梁長(zhǎng)度為28.5 m，與30 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑相對(duì)誤差為5%，梁長(zhǎng)整體變化較合理。主梁和橫向濕接頭材料均為C50砼，預(yù)應(yīng)力鋼束為抗拉強(qiáng)度1 860 MPa的φs15.2鋼絞線，在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后張拉，張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。

由于道路中心線右幅橋梁長(zhǎng)整體較短，其斜交特性比左幅橋更突出，以右幅橋?yàn)榉治鰧?duì)象。梁片布置見(jiàn)圖1。

圖1 梁片布置示意圖

2 梁格分析模型選取

對(duì)于裝配式正交橋，可采用考慮橫向分布的單梁模型進(jìn)行分析，也可考慮車道偏載采用梁格模型進(jìn)行分析，2種方法的分析結(jié)果較接近，均能滿足工程應(yīng)用要求。但對(duì)于斜交橋，跨中彎矩比同跨度正交橋小且銳角和鈍角受力差異顯著，采用單梁模型不能真實(shí)反映斜橋特點(diǎn)，必須采用實(shí)體單元模型或空間梁格模型進(jìn)行分析，而實(shí)體單元模型建模較繁瑣，對(duì)預(yù)應(yīng)力損失不能準(zhǔn)確考慮。因此，梁格模型是進(jìn)行斜交橋分析的重要手段。

正交橋橫向濕接頭長(zhǎng)度相同，收縮徐變效應(yīng)導(dǎo)致的梁體軸向變形一致，而斜交橋橫向濕接頭長(zhǎng)度不一致，且橫向濕接頭澆筑時(shí)預(yù)制梁已張拉完成，兩者齡期差別較大。為反映橫向濕接頭對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，建立2種梁格模型：一種是把橫向濕接頭作為主梁的一部分，僅建立每片單梁模型形成梁格；另一種是把橫向濕接縫單獨(dú)按照梁?jiǎn)卧紤]，與預(yù)制梁形成梁格。2種梁格分析模型中虛擬橫梁間距均按照跨徑的1/10考慮。該橋濕接頭寬度為61.25 cm，為分析方便，斜轉(zhuǎn)正按照正轉(zhuǎn)斜建模。2種梁格模型見(jiàn)圖2。

圖2 梁格模型

支座反力是反映斜交橋特點(diǎn)的重要參數(shù)，以二期鋪裝完成后為關(guān)注施工階段，提取不考慮橫向濕接頭和考慮橫向濕接頭2種模型的直角邊和斜角邊支座反力計(jì)算結(jié)果，其中橫向濕接頭同時(shí)進(jìn)行澆筑施工(見(jiàn)圖3)。

圖3 2種梁格模型的支座反力

由圖3可知：將橫向濕接頭單獨(dú)建立為梁?jiǎn)卧纬傻牧焊衲Ｐ偷男苯惶卣鞲@著，直角邊除主梁5支座反力外，其支座反力值均大于不考慮橫向濕接頭的梁格模型，同時(shí)斜角邊銳角處的支座反力(主梁1)和鈍角處的支座反力(主梁5)差異顯著，其差值大于不考慮橫向濕接頭梁格模型。說(shuō)明考慮橫向濕接頭作用的計(jì)算結(jié)果整體最為不利，可為支座選型提供依據(jù)。

3 橫向濕接頭澆筑順序

為研究橫向濕接頭澆筑順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力的影響，選取5種工況進(jìn)行分析：工況1為同時(shí)澆筑；工況2為從中梁向邊梁對(duì)稱澆筑；工況3為從邊梁向中梁對(duì)稱澆筑；工況4為從短梁向長(zhǎng)梁澆筑；工況5為從長(zhǎng)梁向短梁澆筑。

通過(guò)支座反力影響線得到對(duì)最長(zhǎng)邊梁跨中加載易引起銳角支座負(fù)反力作用，而二期鋪裝完成后結(jié)構(gòu)支座最為不利，最后分析10年收縮徐變完成即結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分配后結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。模型施工階段如下：階段1為主梁預(yù)制并張拉鋼束；階段2為存梁60 d；階段3為橫向濕接頭澆筑；階段4為二期鋪裝；階段5為收縮徐變10年。斜角邊受力特征決定斜橋的受力性能。成橋后，支座反力不宜相差較大，否則不利于支座選型。同時(shí)各片主梁撓度變化應(yīng)較均勻，以利于施工線形控制和保持較好的結(jié)構(gòu)整體性。

以二期鋪裝完成后為關(guān)注施工階段，各工況下斜角邊支座反力與各主梁跨中撓度分別見(jiàn)圖4、圖5，假定斜角邊主梁1～5對(duì)應(yīng)支座分別為支座1～5。由圖4、圖5可知：1) 二期鋪裝完成后，工況4、工況5對(duì)應(yīng)的支座反力分別在邊支座處達(dá)到最值。工況4引起的支座5反力為2 260 kN，其余支座反力均在1 000 kN以下，工況4的施工順序?qū)呏ё^不利。工況5支座反力規(guī)律與工況4相反，在支座1處引起最小支座反力，其余支座反力均在1 000 kN以上，且支座1為負(fù)反力，需采取抗拔裝置保證梁體安全。因此，工況5的施工順序不建議采用。2) 工況4、工況5引起的主梁跨中撓度最為不利，撓度波動(dòng)較大，兩工況下主梁跨中撓度最大差值為18 mm，施工時(shí)應(yīng)避免從一端開始向另一端澆筑。3) 就支座反力而言，工況2較均勻，數(shù)值分布較合理。綜合支座反力和跨中撓度，工況1是較好的橫向濕接頭澆筑順序，該工況下支座反力和跨中撓度均未發(fā)生跳躍或明顯不合理之處。

圖4 二期鋪裝完成后支座反力

圖5 二期鋪裝完成后主梁跨中豎向撓度

考慮到砼收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，以收縮徐變10年后為分析對(duì)象，各工況下斜角邊支座反力與各主梁跨中撓度分別見(jiàn)圖6、圖7。由圖6、圖7可知：1) 與二期鋪裝完成后相比，收縮徐變10年后的支座反力發(fā)生重分配現(xiàn)象，數(shù)值規(guī)律差異較大，但各主梁跨中撓度規(guī)律基本一致，數(shù)值整體變大。2)就收縮徐變10年后受力特征而言，工況1具有明顯優(yōu)勢(shì)，各支座反力從銳角到鈍角依次增加，符合斜橋基本受力模式。同時(shí)工況1下各主梁豎向撓度由長(zhǎng)梁至短梁依次減小，撓度分布較好。 3) 除工況1外，其他施工順序受力特征變化較大，易引起銳角處出現(xiàn)較小的支座反力，導(dǎo)致在汽車偏載作用下出現(xiàn)負(fù)反力，鈍角處支座受力較大，對(duì)全橋采用統(tǒng)一支座規(guī)格不利，不方便施工控制。

圖6 收縮徐變10年后支座反力

圖7 收縮徐變10年后主梁跨中豎向撓度

對(duì)于裝配式正轉(zhuǎn)斜梁橋，綜合考慮施工全過(guò)程受力特征，橫向濕接頭同時(shí)澆筑是最合適的施工方法。在難以保證橫向濕接頭同時(shí)澆筑時(shí)，應(yīng)盡量從中梁向邊梁對(duì)稱澆筑，避免因從長(zhǎng)邊梁向短邊梁或短邊梁向長(zhǎng)邊梁澆筑而引起銳角處出現(xiàn)負(fù)反力。

4 結(jié)論

采用MIDAS/Civil軟件對(duì)前后跨徑線角度差為6°的30 m跨徑裝配式斜轉(zhuǎn)正梁橋進(jìn)行計(jì)算分析，得到以下主要結(jié)論：

(1) 與不考慮橫向濕接頭的梁格分析模型相比，采用考慮橫向濕接頭的梁格分析模型對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行分析，所得斜角邊支座受力更不利，有利于指導(dǎo)工程施工。

(2) 橫向濕接頭澆筑順序?qū)κ┕み^(guò)程中及成橋后支座反力影響較大，綜合考慮支座反力和主梁跨中豎向撓度，橫向濕接頭同時(shí)澆筑整體受力較好，建議采取橫向濕接頭同時(shí)澆筑的方法進(jìn)行施工。