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        基于數(shù)值模擬研究預(yù)應(yīng)力T 梁橋上拱度的影響因素

        2023-11-06 05:46:00江耀坤
        交通科技與管理 2023年20期
        關(guān)鍵詞:拱度中梁邊梁

        江耀坤

        (江西省贛北航道事務(wù)中心,江西 九江 332000)

        0 引言

        我國領(lǐng)土幅員遼闊,東西和南北跨越都相對較長,地形地質(zhì)復(fù)雜多變,水系眾多,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,更多的公路工程開工建設(shè)??缭缴焦?、江河的首要方案為建設(shè)相應(yīng)的橋梁,特別是偏遠(yuǎn)山區(qū)的發(fā)展往往依靠公路橋梁來加強(qiáng)和外界的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系。橋梁具有結(jié)構(gòu)簡單、施工工藝快捷等特點(diǎn),經(jīng)常被運(yùn)用到公路工程建設(shè)中。在偏遠(yuǎn)山區(qū),為了節(jié)省工程成本、縮短工期,橋梁通常被選作為山區(qū)公路橋梁的結(jié)構(gòu)形式。在這種結(jié)構(gòu)形式中,預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁獨(dú)具特色,在我國幾十年的公路橋梁建設(shè)工程中被廣泛運(yùn)用,同時(shí)它也具有一些缺點(diǎn),比如施工控制偏差、混凝土收縮徐變、環(huán)境相對濕度、存梁時(shí)間差別等因素的影響[1-3],很容易導(dǎo)致最終T 梁上拱度的尺寸難以準(zhǔn)確控制,如果T 梁上拱度較大,往后的工序和橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都會直接受影響。一般情況下,施工單位對T 梁上拱度的影響因素缺乏科學(xué)認(rèn)識,對于施工過程中上拱度的監(jiān)測也缺乏先進(jìn)的科技手段,造成即使遇到上拱度偏差很大的情況也沒辦法采取科學(xué)有效的控制,造成T 梁安裝后橋面鋪裝厚度不夠,降低耐久性,但是為了確保橋面鋪裝達(dá)到最低的厚度標(biāo)準(zhǔn),只能花費(fèi)更多成本,重新調(diào)整抬高橋面整體標(biāo)高和相關(guān)路線的縱坡度,才能最終使路面平整,不再出現(xiàn)跳車現(xiàn)象[4-7],所以對于混凝土預(yù)應(yīng)力T 梁橋建設(shè)設(shè)計(jì)非常有意義。

        該文在參考現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上[8-12],運(yùn)用理論知識借助有限元軟件建立對應(yīng)模型進(jìn)行模擬分析環(huán)境平均相對濕度、存梁時(shí)間長短、混凝土彈性模量、預(yù)應(yīng)力荷載加載時(shí)間偏差對上拱度的影響,希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工程提供參考價(jià)值。

        1 工況概況

        該公路橋梁位于江西省北部,相對濕度較高,夏季降水豐沛,線路跨越溪河,處于侵蝕丘陵盆地和沖擊平原地帶,橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級為公路-Ⅰ級,全橋長482.36 m,路基寬度28 m,橋面鋪裝厚度為0.1 m,雙向六車道,橋跨布置為(2×40+4×50+4×50)m,全橋共38根立柱,第一聯(lián)為2 跨40 mT 梁,第二聯(lián)和第三聯(lián)都是4 跨50 mT 梁,采用氟板支座連接伸縮縫的墩和梁板,其他梁板和墩之間的連接都是剛構(gòu)連接。

        2 數(shù)值模擬

        T 梁張拉到橋面正式施工到完畢這段工期內(nèi),由于T 梁受其他因素影響,導(dǎo)致上拱度尺寸會發(fā)生較大變化,每種影響因素對上拱度的影響各不相同,該文借助有限元軟件Midas Civil 對影響因素進(jìn)行模擬分析。

        2.1 分析環(huán)境平均相對濕度的影響

        通常情況下,混凝土構(gòu)件在相對濕度比較高的環(huán)境中,由于水分蒸發(fā)得較慢,對應(yīng)的混凝土產(chǎn)生的收縮徐變也比較慢;但是在相對濕度較低的環(huán)境中,混凝土構(gòu)件中的水分蒸發(fā)得較快,這就導(dǎo)致混凝土的收縮徐變發(fā)生得較快[13]。各個(gè)地區(qū)因?yàn)椴煌竟?jié)時(shí)期的濕度是不同的,取秋冬季的相對濕度為50%,春夏季的相對濕度為95%,同時(shí)以此地區(qū)年平均濕度80%情況下,T 梁上拱度變化的情況來作為參考,以此來分析360 d 存梁期的上拱度,分別計(jì)算相對濕度為95%和50%情況下邊跨邊梁的變化情況,收集試驗(yàn)數(shù)據(jù),最終整理結(jié)果見圖1。

        圖1 T 梁跨中上拱度對比

        從圖1 分析可以得到,T 梁上拱度受存梁期間環(huán)境相對濕度的影響還是較明顯的,不同相對濕度下的T 梁上拱度隨著存梁試件的增加呈現(xiàn)非線性變化。以80%環(huán)境平均濕度作為參考,平均濕度為95%時(shí),前期上拱度增加得較緩慢,后階段上拱度增加的速度逐漸變快,總體上拱度值都比較??;平均濕度為50%時(shí),前階段上拱度增加的速度較快,后階段上拱度增加的速度較慢,總體上拱度值比較大;通常情況下,具體的施工過程中,張拉后存梁試件不超過90 d,當(dāng)張拉后存梁時(shí)間為90 d時(shí),中跨中梁和邊跨邊梁在80%平均相對濕度情況下的T 梁上拱度都比95%平均相對濕度的大,比50%平均相對濕度的小。

        2.2 分析存梁時(shí)間長短的影響

        T 梁在存梁整個(gè)階段過程中都受到預(yù)應(yīng)力荷載的作用,在徐變和收縮的作用下,上拱度將發(fā)生變化,借助有限元軟件Midas Civil 進(jìn)行模擬分析,收集試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果數(shù)據(jù)整理見圖2。

        圖2 T 梁張拉后存梁360 d 跨中上拱度增長量對比

        從圖2選取上拱度變化量最小的邊跨邊梁進(jìn)行分析,在張拉~30 d 期間,邊跨邊梁上拱度增長了5.85 mm,在31~60 d 期間,邊跨邊梁上拱度增長了5.85 mm,在61~90 d 期間,邊跨邊梁上拱度增長了1.0 mm,從張拉~360 d 期間,前30 d 的上拱度變化增長梁占據(jù)了整個(gè)過程的55%,總體可以認(rèn)為,上拱度增長量主要發(fā)生在前30 d 時(shí)間內(nèi),隨著時(shí)間的增加,上拱度的增長量逐漸減小,最后趨于0。如果存梁的試件超過半年甚至一年,此時(shí)上拱度對應(yīng)的數(shù)值和30 d 架梁時(shí)上拱度的差別較大,對T梁頂面的整體標(biāo)高有顯著的影響。

        2.3 分析混凝土彈性模量對T 梁上拱度的影響

        在有限元軟件Midas Civil 中,混凝土各種參數(shù)標(biāo)注參考C50 等級混凝土,試驗(yàn)中為了更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),設(shè)置60 MPa 和50 MPa 兩種混凝土彈性模量,分別對中跨中梁和邊跨邊梁的上拱度進(jìn)行從張拉后到存梁360 d 期間內(nèi)的模擬分析,收集試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果數(shù)據(jù)整理見圖3。

        圖3 梁跨中上拱度對比

        分析圖3 可知,從邊跨邊梁角度分析,彈性模量為50 MPa 對應(yīng)的上拱度變數(shù)值比彈性模量為60 MPa 的大,從中跨中梁角度分析,彈性模量為50 MPa 對應(yīng)的上拱度變數(shù)值比彈性模量為60 MPa 的大,總體上60 MPa 和50 MPa兩種混凝土彈性模量對上拱度的影響都比較小,參考實(shí)際工程,60 MPa 混凝土對上拱度影響的情況更加符合實(shí)際情況。

        2.4 分析預(yù)應(yīng)力荷載加載時(shí)間偏差的影響

        因?yàn)樵诨炷脸跄?,彈性模量就在不斷增加,因?yàn)楣こ塘勘容^巨大,張拉時(shí)間齡期存在時(shí)間差,間接造成張拉時(shí)實(shí)際的混凝土強(qiáng)度不一樣,最終導(dǎo)致T 梁上拱度變化不一致,該章節(jié)以抗壓強(qiáng)度均值為60 MPa 齡期為28 d 的混凝土基礎(chǔ)上,分別按照張拉齡期為5 d、7 d和15 d 來進(jìn)行模擬分析,同時(shí)對比分析中跨中梁和邊跨邊梁上拱度的變化情況,具體試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

        圖4 不同張拉時(shí)期T 梁跨中上拱度對比圖

        從圖4 分析可知,以7 d 時(shí)對應(yīng)的張拉跨中拱度進(jìn)行參照對比,邊梁和中梁的張拉時(shí)齡期越長,T 梁跨中拱度越小,在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)予以重視。

        總之,T 梁上拱度受存梁期間環(huán)境相對濕度的影響還是較明顯的,不同相對濕度下的T 梁上拱度隨著存梁試件的增加呈現(xiàn)出非線性的變化;張拉后存梁試件不超過90 d,當(dāng)張拉后存梁時(shí)間為90 d 時(shí),中跨中梁和邊跨邊梁在80%平均相對濕度情況下的T 梁上拱度都比95%平均相對濕度的大,比50%平均相對濕度的小;上拱度增長量主要發(fā)生在前30 d 時(shí)間內(nèi),隨著時(shí)間的增加,上拱度的增長量逐漸減少,最后趨于0;如果存梁的試件超過半年甚至一年,此時(shí)上拱度對應(yīng)的數(shù)值和30 d 架梁時(shí)上拱度的差別較大,對T 梁頂面的整體標(biāo)高有顯著的影響;60 MPa 和50 MPa 兩種混凝土彈性模量對上拱度的影響都比較小,參考實(shí)際工程,60 MPa 混凝土對上拱度影響的情況更加符合實(shí)際情況;邊梁和中梁張拉時(shí)齡期越長,T 梁跨中拱度越小[14]。

        3 結(jié)論

        通過運(yùn)用理論知識借助有限元軟件建立對應(yīng)模型進(jìn)行模擬分析,討論環(huán)境平均相對濕度、存梁時(shí)間長短、混凝土彈性模量及預(yù)應(yīng)力荷載加載時(shí)間偏差上拱度的影響,研究結(jié)果表明:T 梁上拱度受存梁期間環(huán)境相對濕度的影響明顯,不同相對濕度下的T 梁上拱度隨著存梁試件的增加呈現(xiàn)非線性變化;當(dāng)存梁的試件超過半年甚至一年,此時(shí)上拱度對應(yīng)的數(shù)值和30 d 架梁時(shí)上拱度的差別較大,對T 梁頂面的整體標(biāo)高有顯著的影響;混凝土彈性模量對上拱度的影響較小,其中當(dāng)混凝土的彈性模量為60 MPa 時(shí)對上拱度影響的情況更加符合實(shí)際情況;在張拉后存梁時(shí),上拱度值還受張拉齡期的影響,特別是邊跨邊梁的上拱度偏差值較大,中跨中梁和邊跨邊梁對應(yīng)的上拱度曲線斜率幾乎一樣,總體上認(rèn)為,張拉時(shí)齡期越短,T 梁跨中拱度越大。

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