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        大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制關(guān)鍵問題分析

        2022-09-14 02:31:06朱自清盧戰(zhàn)朝焦永齊何幫平
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2022年11期
        關(guān)鍵詞:剛構(gòu)橋線形箱梁

        朱自清 盧戰(zhàn)朝 焦永齊 何幫平

        (中建七局第四建筑有限公司,陜西 西安 710016)

        0 引言

        在橋梁建設(shè)尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)中,大跨連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種跨越能力強(qiáng)、施工工藝成熟的橋型而被廣泛采用。在建設(shè)過程中能實(shí)現(xiàn)模塊化、流程化施工作業(yè),成橋后無論是內(nèi)力還是線形都能很好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求。并且因墩頂與箱梁是固定連接,取消了支座,不用類似連續(xù)梁施工一樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。同時降低了后期運(yùn)營的維護(hù)成本。是跨越大江大河、公路、鐵路等障礙物的首選橋型。

        1 項(xiàng)目概況

        通揚(yáng)運(yùn)河城市高架橋工程,其主橋?yàn)榇罂缍冗B續(xù)剛構(gòu)連續(xù)梁,采用掛籃懸臂施工工藝,橋梁跨越一規(guī)劃三級航道,橋梁跨徑為(70+120+70)m,長260m。主箱梁為單箱兩室結(jié)構(gòu)形式,主箱梁的截面變化形式為按1.8次拋物線變化。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系,布置縱橫豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土墩柱,設(shè)置墩下承臺,承臺下接鉆孔灌注樁基礎(chǔ),整體橋梁結(jié)構(gòu)形成大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)體系。橋梁立面布置如圖1所示。

        圖1 連續(xù)剛構(gòu)橋立面布置圖(單位:cm)

        2 橋梁結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算和施工階段的劃分

        為滿足施工控制的需要,在連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過程中,結(jié)合現(xiàn)場施工實(shí)際情況采用專業(yè)有限元軟件建立橋梁有限元分析模型。

        通過采用理論分析計(jì)算、結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)控量測數(shù)值,三方面共同合力完成橋梁施工過程中的線形、應(yīng)力等各項(xiàng)參數(shù)的控制。有限元分析模型如圖2所示。

        圖2 有限元分析模型

        表1 主要施工階段劃分表

        3 大跨連續(xù)剛構(gòu)梁橋施工控制過程應(yīng)力分析

        按照廣義胡克定律,材料處于彈性變形階段時,由彈性理論分析,監(jiān)測箱梁截面應(yīng)力可以分析出結(jié)構(gòu)應(yīng)力值,如公式(1)所示。

        式中:—截面應(yīng)力(對應(yīng)測試截面);—材料彈模;—測試截面應(yīng)變值。

        根據(jù)大橋的構(gòu)造特點(diǎn),結(jié)合相關(guān)規(guī)范技術(shù)指標(biāo),本橋梁施工應(yīng)力控制的具體目標(biāo):控制截面的內(nèi)力與設(shè)計(jì)值最大相差控制在20%以內(nèi)。通過在橋梁控制截面布設(shè)應(yīng)變傳感器采集施工過程應(yīng)變數(shù)值,并根據(jù)上述公式換算成對應(yīng)橋梁截面的應(yīng)力值。能有效保證橋梁施工控制過程應(yīng)力監(jiān)測順利進(jìn)行。橋梁跨度方向和箱梁截面方向上應(yīng)變采集點(diǎn)布置如圖3所示。

        圖3 箱梁應(yīng)力、主橫截面應(yīng)力監(jiān)測布置示意圖(單位:cm)

        大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程主控截面一般為柱根部斷面和跨中斷面,根據(jù)材料力學(xué)平截面假定,箱梁截面應(yīng)力最大最小值一般為頂面和底面,因此箱梁截面上應(yīng)變采集設(shè)備布置在箱梁頂板截面和箱梁底板截面處。為保障監(jiān)測數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ群陀行ПO(jiān)控要求,箱梁斷面布置了6個監(jiān)測點(diǎn)。

        現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)采集結(jié)合有限元仿真分析,通過對測試截面廣義荷載下的應(yīng)變數(shù)據(jù)采集,剔除因?yàn)榉菑V義荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)變值。一方面提高了應(yīng)變值的精度,另一方面保障施工過程數(shù)據(jù)安全,使現(xiàn)場數(shù)值能夠有效利用到工程監(jiān)測過程中去。

        通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)采集,結(jié)合有限元計(jì)算分析結(jié)果,主線橋應(yīng)力值結(jié)果見表2~表4。

        表2 1-1截面應(yīng)力對比分析值

        表4 3-3截面應(yīng)力對比分析值

        根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求:預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,施工階段截面邊緣應(yīng)力如下。壓應(yīng)力σ≤ 0.70f',拉應(yīng)力σ≤ 0.70f' 。

        根據(jù)施工過程控制截面分析,施工階段最大壓應(yīng)力為σ=12.4MPa<0.70f'=0.70×35=24.5MPa;施工階段最大拉應(yīng)力為σ=0.27MPa<0.70f'=0.70×2.74=1.92MPa。因此,主橋施工階段截面上下緣應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

        南京明城墻是明太祖朱元璋(1328-1398)定都南京的產(chǎn)物和象征,是中國歷史上唯—建造在江南的統(tǒng)一全國的都城城墻。

        根據(jù)以上施工過程控制截面分析可知,施工過程中控制截面的內(nèi)力與設(shè)計(jì)值最大相差值為3-3截面,理論值—實(shí)測值=12.4-10.62=1.78MPa,1.78/10.62=17%<20%,滿足應(yīng)力控制的差值目標(biāo)。

        以上通過實(shí)施監(jiān)測和有限元仿真計(jì)算分析對比可知,兩者數(shù)據(jù)差值在工程可以接受的范圍內(nèi),并且各個監(jiān)測截面應(yīng)力狀態(tài)均為受壓狀態(tài),壓應(yīng)力最大12.40 MPa,滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中7.2.8條的相關(guān)規(guī)定。

        4 大跨連續(xù)剛構(gòu)梁橋施工控制過程變形分析

        結(jié)構(gòu)位移形變的產(chǎn)生是多種內(nèi)外部影響的結(jié)果,尤其是針對現(xiàn)場懸臂施工,涉及各個方面,例如砼自重、預(yù)應(yīng)力鋼束、收縮徐變、溫濕度變化以及砼養(yǎng)護(hù)等很多不確定性因素。在施工過程中外部荷載與時間是有一定的相關(guān)性的,隨著時間不斷變化,位移也不斷變化。

        根據(jù)大橋的構(gòu)造特點(diǎn),結(jié)合圖紙要求技術(shù)指標(biāo),本橋梁施工線形控制具體目標(biāo)為箱梁頂面高差不超過20mm;箱梁相鄰節(jié)段高差不超過10mm。現(xiàn)場變形監(jiān)測通過在橋面設(shè)置高程監(jiān)測點(diǎn),在箱梁橫向布置5個高程監(jiān)測點(diǎn),在混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力筋張拉后進(jìn)行高程測量,以掌握箱梁各節(jié)段變形過程。箱梁橫斷面高程監(jiān)測點(diǎn)布置如圖4所示。

        圖4 箱梁橫斷面高程測點(diǎn)布置圖(單位:cm)

        通過現(xiàn)場監(jiān)測采集橋梁高程變化數(shù)據(jù),對比分析有限元仿真分析結(jié)果,橋梁控制截面高程及撓度變形差值對比分析見表5。

        表5 成橋狀態(tài)高程及撓度變形差值對比分析表

        根據(jù)成橋狀態(tài)下控制截面標(biāo)高數(shù)值分析可知,理論分析值和現(xiàn)場實(shí)測的最大差值為9 mm,滿足《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中±10 mm的限值數(shù)據(jù)要求。橋梁整體線形狀態(tài)良好,線形差值變化較小。線形變化穩(wěn)定。能很好地滿足運(yùn)營期車輛高速舒適行駛的要求。

        為防止理論線形和設(shè)計(jì)線形的較大誤差的問題。通過大型有限元仿真分析理論值,準(zhǔn)確預(yù)估施工過程各個節(jié)段橋梁撓度變形和總計(jì)值,并將相關(guān)的數(shù)據(jù)運(yùn)用到懸臂施工控制過程中去,以此達(dá)到理想的撓度變形曲線,該曲線是理想橋梁曲線。

        表3 2-2截面應(yīng)力對比分析值

        5 結(jié)語

        該文對橋梁跨徑(70+120+70)m,全長260m的大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程進(jìn)行控制。在施工過程中在箱梁中設(shè)埋設(shè)應(yīng)變測試設(shè)備,施工過程中實(shí)際測試標(biāo)高數(shù)值,結(jié)合有限元仿真計(jì)算結(jié)果,對施工過程中的內(nèi)力、應(yīng)力線形理論值對比分析,結(jié)合實(shí)際施工過程控制,得出以下幾點(diǎn)。

        懸臂施工工藝連續(xù)剛構(gòu)橋,必須要進(jìn)行橋梁全過程至運(yùn)營狀態(tài)的施工控制,重點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)力變化、結(jié)構(gòu)線形變化,保證成橋狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

        連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制過程中,需要結(jié)合相關(guān)大型仿真有限元程序進(jìn)行綜合分析,提前提取相關(guān)理論數(shù)值,在計(jì)算參數(shù)取值過程時要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

        綜上所述,大跨度連續(xù)剛構(gòu)梁橋施工控制尤其重要,在施工過程中,參建各方要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范,并選擇技術(shù)能力過關(guān)的監(jiān)控單位對施工過程進(jìn)行監(jiān)管。

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