張基成，陳 欣，閆 暢，馮曉楠

（1.徐州市公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 徐州 221000；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

0 引 言

傳統(tǒng)的橋梁建造技術在當代中國的社會環(huán)境下，顯現(xiàn)出越來越多的弊端。全預制裝配式技術的出現(xiàn)，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、全生命周期價值最大化的橋梁生產(chǎn)方式，符合交通產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的要求，是未來發(fā)展的必然趨勢[1-2]。

實際工程中預制橋墩的存儲方式如圖1 所示。豎直存儲只需考慮安全防護的問題，而水平存儲還有許多問題尚待研究。如不合理的支撐布置平面位置、橋墩疊放層數(shù)以及支撐布置數(shù)量可能導致預制橋墩產(chǎn)生裂縫和變形，極大地影響工程質(zhì)量，因此開展了預制橋墩存儲期間裂縫變形控制的研究。

圖1 預制橋墩存儲現(xiàn)狀

2013 年，黃榮等[3]運用工程力學知識，針對預制橋墩的單點和多點起吊進行了研究。研究既考慮了吊繩的安全性，又考慮了構件的安全性。研究得出了單點和多點起吊的合理位置，做到了構件吊裝的合理與安全。2019 年，鄭晏華[4]為解決大型預制橋墩的運輸問題，針對預制橋墩的結構特點進行研究。研究采用了預制橋墩的翻轉(zhuǎn)裝車技術，提高了構件運輸?shù)男剩_保構件在運輸期間的結構受力穩(wěn)定，降低了運輸安全風險，取得了良好的實施效果。

2019 年，河南省發(fā)布的地方標準《裝配式混凝土箱梁橋設計與施工技術規(guī)范》規(guī)定：（1）當橋墩采用豎向存放時，應采取安全支護措施；（2）當橋墩采用水平疊放方式存放時，疊放的層數(shù)不宜超過兩層[5]。2020年，交通運輸部發(fā)布的《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）規(guī)定：（1）構件堆垛時，應放置在墊木上，吊環(huán)向上，標志向外；混凝土養(yǎng)護期未滿的，應繼續(xù)灑水養(yǎng)護。（2）雨季和春季融凍期間，必須注意防止因地面軟化下沉而造成構件斷裂及損壞[6]。2010年，美國PCI 協(xié)會發(fā)布的《預制和預應力混凝土設計手冊》規(guī)定：（1）預制構件應放置在支撐上，不得直接放置于地面；（2）預制構件在運輸和存儲期的支撐位置應一致，誤差控制在2.5 英尺（1 英尺=30.48 cm）以內(nèi)[7]。

綜上，當前針對預制橋墩存儲期間裂縫變形控制的研究較少，規(guī)范只對預制橋墩的水平存儲方式提出了大致要求。因此，以徐州某快速化改造工程的橋梁為工程背景，比選不同的支撐布置平面位置、橋墩疊放層數(shù)以及支撐布置數(shù)量，提出相應的控制指標，以確保預制橋墩在存儲期間的安全。

1 工程概況

徐州某快速化改造工程橋梁全長4974.1 m，標準橋?qū)?3 m，全橋總計160 跨。橋墩尺寸為2 m×2 m矩形斷面，角點處采用半徑0.15 m 的圓倒角，墩柱高2～10.8 m。預制橋墩采用C40 混凝土，HRB400 級鋼筋，縱向鋼筋采用直徑40 mm 鋼筋，橫向鋼筋采用直徑16 mm 鋼筋。橋墩橫截面如圖2 所示。

圖2 橋墩橫斷面圖（單位:cm）

2 有限元模型建立

采用ABAQUS 軟件建立有限元模型：預制橋墩采用3D 實體單元，高10.8 m；鋼筋采用3D 線單元嵌入橋墩。有限元模型如圖3 所示。

圖3 有限元模型

混凝土和鋼筋的具體參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)

墊木與預制橋墩之間的接觸，采用庫侖摩擦，用摩擦系數(shù)表示接觸面之間的摩擦特性，摩擦力等于法向力與摩擦系數(shù)的乘積。由工程地質(zhì)手冊可知[8]，混凝土與墊木間摩擦系數(shù)為0.62。

3 有限元分析

3.1 分析工況

有限元分析主要研究預制橋墩水平存儲期間支撐布置平面位置、橋墩疊放層數(shù)及支撐布置數(shù)量對其受力性能和位移變形的影響，具體分析工況見表2。

表2 有限元分析工況

3.2 支撐布置平面位置

針對一層橋墩疊放，計算橋墩在圖4 中的支撐布置平面位置下的受力及變形情況。

第三，可以考慮在中學和初級學院的華文文學課程中融入比較文學的理論和方法，指導學生在比較文學的視域中，了解本地文學、中國文學和世界文學。

圖4 支撐布置平面位置

將工況1～3 靜力有限元分析結果進行對比分析，其應力及變形情況如圖5 和圖6 所示。

圖6 不同支撐平面位置變形對比圖

根據(jù)圖5 可知：工況3 支撐布置在正負彎矩相等處，預制橋墩應力最小，達到0.35 MPa；工況1 支撐布置在底面兩端時，預制橋墩應力最大，達到1.31 MPa，尚未超過C40 混凝土的軸心抗拉強度標準值2.40 MPa。

圖5 不同支撐平面位置應力對比圖

根據(jù)圖6 可知：工況3 支撐布置在正負彎矩相等處，預制橋墩變形最小，達到0.12 mm；工況1 支撐布置在底面兩端時，預制橋墩變形最大，達到0.62 mm，尚未超過預制橋墩平整度5 mm 的要求。

當支撐布置在底面正負彎矩相等處時，橋墩無明顯變形且應力最小，可避免預制橋墩在自重荷載及下部支撐作用下產(chǎn)生裂縫和變形。因此，支撐應布置在正負彎矩相等處。

3.3 橋墩疊放層數(shù)

針對支撐布置在底面兩端，計算底層橋墩在不同疊放層數(shù)下的受力及變形情況。將工況1、4、5 靜力有限元分析結果進行對比分析，其應力及變形情況如圖7 和圖8 所示。

圖7 不同橋墩疊放層數(shù)應力對比圖

圖8 不同橋墩疊放層數(shù)變形對比圖

根據(jù)圖7 可知：工況1 中，一層橋墩疊放時，預制橋墩應力最小，達到1.31 MPa；工況5 中，三層橋墩疊放時，預制橋墩應力最大，達到2.41 MPa，超過C40 混凝土的軸心抗拉強度標準值2.40 MPa，會導致橋墩產(chǎn)生裂縫。

根據(jù)圖8 可知：工況1 中，一層橋墩疊放時，預制橋墩變形最小，達到0.62 mm；工況5 中，三層橋墩疊放時，預制橋墩變形最大，達到1.06 mm，尚未超過預制橋墩平整度5 mm 的要求。

當橋墩疊放層數(shù)為一層時，橋墩無明顯變形且應力最小，可避免橋墩在自重荷載及下部支撐作用下產(chǎn)生裂縫和變形。當疊放層數(shù)為三層時，應力和變形的變化趨勢雖然一致，但是最大應力超過混凝土軸心抗拉強度，會導致橋墩產(chǎn)生裂縫。因此，疊放層數(shù)一層為宜。

3.4 支撐布置數(shù)量

針對一層橋墩疊放，計算橋墩在圖9 所示的支撐布置數(shù)量下的受力及變形情況。

圖9 支撐布置平面位置及數(shù)量圖

將工況1、6、7 靜力有限元分析結果進行對比分析，其應力及變形情況如圖10 和圖11 所示。

圖10 不同支撐布置數(shù)量應力對比圖

圖11 不同支撐布置數(shù)量變形對比圖

根據(jù)圖10 可知：工況7 布置四支撐時，預制橋墩應力最小，達到0.35 MPa；工況1 布置兩支撐時，預制橋墩應力最大，達到1.31 MPa，尚未超過C40混凝土的軸心抗拉強度標準值2.40 MPa。

根據(jù)圖11 可知：工況7 布置四支撐時，預制橋墩變形最小，達到0.11 mm；工況1 布置兩支撐時，預制橋墩變形最大，達到0.62 mm，尚未超過預制橋墩平整度5 mm 的要求。

當布置四支撐時，橋墩無明顯變形且應力最??；當布置兩支撐和三支撐時，對應力和變形影響不大，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況來考慮支撐布置數(shù)量。

4 結 語

為確保預制橋墩在存儲期間的安全，對預制橋墩的存儲進行有限元分析。模擬了不同的支撐布置平面位置、橋墩疊放層數(shù)以及支撐布置數(shù)量，共7 種工況。通過對比分析得出以下結論：

（1）預制橋墩水平存儲期間，支撐應布置在底面正負彎矩相等處，可避免預制橋墩產(chǎn)生裂縫，保證彎矩平衡。

（2）預制橋墩水平存儲期間，疊放層數(shù)一層為宜，當疊放層數(shù)為三層時，橋墩的抗拉強度將不滿足規(guī)范要求，導致橋墩產(chǎn)生裂縫。

（3）預制橋墩水平存儲期間，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況來考慮支撐布置數(shù)量。