摘 要: 以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋為例,采用有限元計算軟件,選定6 個對連續(xù)梁橋線形控制有影響的因素,分析這些因素變化時,梁段節(jié)點(diǎn)標(biāo)高的變化情況。并對各影響因素提出相應(yīng)的控制建議,為相似橋梁的線形控制工作提供一定的借鑒。
關(guān)鍵詞: 連續(xù)梁橋; 線形控制; 影響因素; 標(biāo)高
1 橋梁概況
某45 m + 80 m + 45 m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工。主梁為單箱單室結(jié)構(gòu),箱梁底寬7. 74 m ,頂寬13. 74 m ,墩中心處平均梁高4. 4 m ,跨中及端支座處梁高為2. 0 m ,縱橋向箱梁底采用二次拋物線變化,底板厚度從57 cm變化到跨中26 cm ,腹板厚度從55 cm 變化到36cm ,頂板厚度32 cm 不變。主墩臨時固結(jié)采用鋼管混凝土支撐的形式,承受箱梁懸澆過程中的不平衡彎矩。T 構(gòu)懸臂施工結(jié)束后,邊跨率先與用滿堂支架法現(xiàn)澆的梁段合龍,中跨合龍后拆除臨時支撐完成體系轉(zhuǎn)換,全橋成橋。
2 線形控制主要影響因素分析
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋線性控制影響因素眾多[ 1 ] ,選定6 個重要影響因素,分析這些因素變化時,梁段節(jié)點(diǎn)標(biāo)高的變化情況。計算軟件采用Mid2asPcivil 。
2. 1 混凝土容重變化對主梁線形控制的影響
該橋主梁采用C50 混凝土,由于這種高標(biāo)號混凝土空隙少,容重實(shí)測值均較規(guī)范值大一些,故將混凝土容重在規(guī)范值基礎(chǔ)上提高5 %和10 %,對主梁關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)高變化進(jìn)行敏感性分析。計算結(jié)果見表1。
注: ①為成橋時節(jié)點(diǎn)標(biāo)高變化值; ②A 點(diǎn)為主梁預(yù)拱度最大的節(jié)點(diǎn); B1PB2 點(diǎn)為中跨合攏段兩側(cè)節(jié)點(diǎn); C 點(diǎn)為該因素變化引起主梁標(biāo)高變化最大的節(jié)點(diǎn)。下同。
由表1 可知,混凝土容重每增加5 % , C 點(diǎn)標(biāo)高降低5 mm ,為A 點(diǎn)預(yù)拱度的9. 3 % ,可見混凝土容重對主梁線形控制影響明顯。
2. 2 預(yù)應(yīng)力變化對主梁線形控制的影響
預(yù)應(yīng)力是影響連續(xù)梁橋標(biāo)高控制的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),但預(yù)應(yīng)力施加后,會有一部分預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失。由于影響預(yù)應(yīng)力損失的因素眾多,因此以最主要、最直觀的鋼束張拉力Ncon 為控制對象,分別計算張拉力減少5 %和10 %時主梁關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)高的變化。計算結(jié)果見表2 。
由表2 可知,鋼束張拉力每減少5 % , C 點(diǎn)標(biāo)高降低5. 5 mm ,為A 點(diǎn)預(yù)拱度的10. 2 % ,可見預(yù)應(yīng)力對主梁線形控制影響明顯。
2. 3 混凝土彈性模量變化對主梁線形控制的影響
結(jié)構(gòu)材料的彈性模量與結(jié)構(gòu)變形具有直接的關(guān)系,但由于鋼材的彈性模量比較穩(wěn)定,而混凝土為非線性材料,且混凝土彈性模量具有隨時間增長的特性,因此以規(guī)范值為基準(zhǔn),分別計算28 d 混凝土彈性模量在- 20 %～ + 20 %變化時主梁關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)高的變化。計算結(jié)果見表3 。
由表3 可知,混凝土彈性模量每變化10 % , C點(diǎn)標(biāo)高大約變化1. 7 mm ,為A 點(diǎn)預(yù)拱度的3. 1 % ,可見其對線形控制影響相對較小。
2. 4 溫度變化對主梁線形控制的影響
白天箱梁頂面溫度高,混凝土膨脹,底面溫度低,混凝土收縮,從而使懸臂箱梁產(chǎn)生下?lián)献冃?到黑夜,箱梁頂?shù)酌嫔彷^快,而箱梁內(nèi)由于空氣不流通散熱較慢,從而形成箱內(nèi)和箱外的溫差,箱內(nèi)溫度高混凝土膨脹,而箱外溫度低混凝土收縮,使得懸臂箱梁又產(chǎn)生上撓變形。溫度對橋梁結(jié)構(gòu)變形的影響隨溫度變化量的增大而增大,也隨T 構(gòu)懸臂梁段的增長而增大,且采取不同的梯度溫度模式計算結(jié)果差異較大[ 2 ] 。文中以J TG D60 —2004 規(guī)范中推薦的豎向梯度溫度模式(圖2 中T1 = 25 ℃、T2 = 6. 7℃,尺寸單位:mm) ,計算溫度荷載引起最大懸臂T構(gòu)的主梁變形。計算結(jié)果見圖3 。
由圖3 可知,懸臂端點(diǎn)標(biāo)高變化為- 21. 4 mm ,為A 點(diǎn)預(yù)拱度的39. 6 % ,可見溫度變化對線形控制影響顯著。在降溫梯度荷載作用下,主梁產(chǎn)生上撓變形,限于篇幅,這里將不在詳述。
2. 5 混凝土收縮徐變對主梁線形控制的影響
國內(nèi)外關(guān)于混凝土收縮徐變具有多種計算模式,我國交通部《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范》( J TJ 023 —85 ) 采用的是CEB —FIP1978 模式,而《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范》(J TG D62 —2004) 采用的是CEB —FIP1990 模式。由于CEB —FIP1990 模式考慮了徐變系數(shù)隨混凝土強(qiáng)度提高而降低的規(guī)律,而混凝土的徐變效應(yīng)相比于收縮效應(yīng)對主梁的線形影響要顯著的多, 因此采用CEB —FIP1990 模式較CEB —FIP1978 模式計算出的結(jié)果要小[ 3 ] 。分別采用上述兩種規(guī)范,計算主梁從懸壁施工到成橋3 年的收縮徐變位移,其計算結(jié)果見圖4 。
由圖4 可知,收縮徐變引起的主梁位移最大值分別為30. 3 mm 和45. 4 mm ,分別為A 點(diǎn)預(yù)拱度的56. 1 %和84. 1 %;而2 種規(guī)范計算結(jié)果最大差值達(dá)15. 1 mm ,為A 點(diǎn)預(yù)拱度的28 %。可見混凝土收縮徐變對主梁線形控制影響顯著,且不同的計算模式結(jié)果差異較大。
2. 6 施工荷載對主梁線形控制的影響
連續(xù)梁橋施工荷載主要有掛籃自重、合龍配重、平衡壓重、施工用材等,僅以平衡壓重為例來說明施工荷載對主梁線形控制的影響。
邊跨合龍段鎖定前需對邊跨懸臂端施以合龍配重,同時對中跨懸臂端施以平衡壓重。若邊跨合龍過程中遠(yuǎn)端無平衡壓重,則與有平衡壓重的工況相比,成橋時中跨梁段上撓,邊跨梁段下?lián)?2 種工況成橋時位移差值見圖5 。
由圖5 可知, 中跨節(jié)點(diǎn)位移最大差值達(dá)5. 7mm ,邊跨節(jié)點(diǎn)位移最大差值達(dá)4. 2 mm ,分別為A點(diǎn)預(yù)拱度的10. 6 %和7. 8 % ,可見施工荷載對主梁線形控制影響明顯。
3 降低影響因素干擾的經(jīng)驗建議
1) 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際試驗數(shù)據(jù)對混凝土容重和彈性模量的初值進(jìn)行調(diào)整,消除理論值和實(shí)際值的偏差。
2) 鋼束張拉力采取千斤頂油表和伸長量雙重控制,減少由于預(yù)應(yīng)力的不足造成的梁段下?lián)?。在施工中也可進(jìn)行超張拉,一般采用0. 05 ,但具自錨性能的錨具采用0. 03 ,皆為經(jīng)驗數(shù)據(jù),其值是否與預(yù)應(yīng)力損失一致,直接影響到預(yù)拱度的大小。
3) 采用固定時間觀測法和相對立模標(biāo)高法來降低溫度對線形控制的不利影響[ 4 ] ;對溫度變化引起的主梁變形進(jìn)行了敏感性分析,得到各個施工階段溫度變化與主梁變形的關(guān)系曲線,根據(jù)溫度變化幅度進(jìn)行插值計算,對測量結(jié)果進(jìn)行修正。
4) 進(jìn)行混凝土小梁徐變試驗,以選取合適的計算模式,該橋最后按照J(rèn) TG D62 —2004 規(guī)范計算混凝土徐變效應(yīng)。同時在施工階段可將混凝土加載齡期由3 d 改7 d ,以降低混凝土徐變對主梁線形的影響。
5) 減少不必要的施工荷載,避免T 構(gòu)兩側(cè)出現(xiàn)過大的不平衡彎矩。合龍前清除橋面荷載,施工用材或拆卸的掛籃構(gòu)件可移至墩頂處有序排放。
4 結(jié) 論
a. 混凝土容重、預(yù)應(yīng)力、溫度效應(yīng)、混凝土收縮徐變、施工荷載對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋線形控制影響顯著,而混凝土彈性模量的影響相對較小。
b. 就目前連續(xù)梁橋在使用階段存在跨中下?lián)犀F(xiàn)象,若現(xiàn)場缺乏混凝土小梁徐變試驗條件,建議采用J TJ 023 —85 規(guī)范進(jìn)行計算,以使主梁在使用階段具有更大的下?lián)蟽洹?/P>
c. 成橋?qū)崪y數(shù)據(jù)表明, B1PB2 實(shí)測標(biāo)高與成橋設(shè)計標(biāo)高誤差為2P- 1 mm , A 點(diǎn)實(shí)測標(biāo)高與成橋設(shè)計標(biāo)高誤差為3 mm ,全橋梁段節(jié)點(diǎn)實(shí)測標(biāo)高與成橋設(shè)計標(biāo)高最大誤差為14 mm ,皆符合高程誤差精度要求。
參考文獻(xiàn)
[1 ] 向中富. 橋梁施工控制技術(shù)[M] . 北京:人民交通出版社,2001.
[2 ] 張明遠(yuǎn),盧哲安,劉飛鵬,等. 某大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的溫度效應(yīng)分析[J ] . 武漢理工大學(xué)學(xué)報,2007 ,29 :1102113.
[3 ] 文永奎,陳政清. 考慮預(yù)應(yīng)力損失的混凝土梁徐變計算方法[J ] . 中國鐵道科學(xué),2005 , (3) :36240.
[4 ] 劉成龍,陳強(qiáng),李振偉. 溫度對懸臂法施工橋梁長懸臂箱梁標(biāo)高的影響及其對策[J ] . 橋梁建設(shè),2003 (1) :23225.
