混凝土連續剛構不同合龍順序仿真分析

董黨鋒

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

1 工程概況

李家壩漢江大橋是安康—漢中高速公路上的一座大型橋梁。橋梁全長512.54 m，主橋上部結構為78 m+140 m+78 m的三跨預應力混凝土連續剛構橋，主梁為單箱單室箱形梁，各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工。

2 懸臂施工過程分析

2.1 有限元計算模型

分別采用橋梁博士和Midas兩種橋梁結構分析程序對李家壩漢江大橋施工過程進行仿真分析。兩種程序的計算結果差異很小，這里列出橋梁博士計算結果。有限元分析結構離散圖如圖1所示。主梁劃分為92個單元，墩劃分為28個單元。

圖1 有限元計算模型

2.2 合龍順序

1)該橋合龍段按照先邊跨后中跨的合龍順序(合龍順序Ⅰ)進行施工，邊跨現澆段長6.89 m，利用滿堂支架或其他可靠方法施工。邊跨其他梁段和中跨則是使用掛籃前移進行合龍。

2)為研究不同合龍順序對成橋狀態的影響，模擬另外一種合龍順序，即邊跨和中跨同時合龍(合龍順序Ⅱ)，并進行對比分析。

為了達到計算的可比性，兩種方案采用相同的合龍段吊架施工方式，邊跨現澆方式和合龍溫度、合龍配重等荷載條件，且不考慮合龍頂推工藝。

3 兩種合龍順序主梁豎向位移和應力的比較

3.1 成橋階段主梁豎向位移比較

在成橋階段(如圖2a)所示)，合龍順序Ⅰ的最大豎向位移為50.5 mm，合龍順序Ⅱ的最大豎向位移為60.6 mm，發生在跨中位置。合龍順序Ⅰ的最小豎向位移為－14.1 mm，合龍順序Ⅱ的最小豎向位移為－9.5 mm，發生在5號墩左側。合龍順序Ⅰ的最大豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最大豎向位移小10.1 mm;合龍順序Ⅰ的最小豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最小豎向位移大4.6 mm。

3.2 三年收縮徐變主梁豎向位移比較

在三年收縮徐變階段(如圖2b)所示)，合龍順序Ⅰ的最大豎向位移為42 mm，合龍順序Ⅱ的最大豎向位移為51.5 mm，發生在跨中位置。合龍順序Ⅰ的最小豎向位移為－22.3 mm，合龍順序Ⅱ的最小豎向位移為－18.1 mm，發生在5號墩左側。合龍順序Ⅰ的最大豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最大豎向位移小9.5 mm;合龍順序Ⅰ的最小豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最小豎向位移大4.2 mm。

3.3 十年收縮徐變主梁豎向位移比較

在十年收縮徐變階段(如圖2c)所示)，合龍順序Ⅰ的最大豎向位移為34.8 mm，合龍順序Ⅱ的最大豎向位移為44.9 mm，發生在跨中位置。合龍順序Ⅰ的最小豎向位移為－28.4 mm，合龍順序Ⅱ的最小豎向位移為－23.7 mm，發生在5號墩左側。合龍順序Ⅰ的最大豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最大豎向位移小10.1 mm;合龍順序Ⅰ的最小豎向位移值比合龍順序Ⅱ的最小豎向位移大4.7 mm。

圖2 兩種合龍順序主梁豎向位移比較

3.4 成橋階段主梁應力比較

由圖3可以看出，成橋階段主梁上緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為14.5 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為14.7 MPa，合龍順序Ⅱ的應力比合龍順序Ⅰ小1.4%，即0.2 MPa;主梁下緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為14.9 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為12.4 MPa，梁下緣的最小應力均為3.62 MPa。由上述分析可知，在成橋階段不同的合龍順序對主梁應力基本沒有影響。

圖3 成橋階段主梁應力比較

3.5 三年收縮徐變階段主梁應力比較

由圖4可以看出，三年收縮徐變階段主梁上緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為13.35 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為13.5 MPa，合龍順序Ⅱ的應力比合龍順序Ⅰ大0.15 MPa;主梁下緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為11.9 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為11.6 MPa，梁下緣的最小應力為 3.63 MPa。

圖4 三年收縮徐變階段主梁應力比較

3.6 十年收縮徐變階段主梁應力比較

由圖5可以看出，十年收縮徐變階段主梁上緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為13.1 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為13.14 MPa，合龍順序Ⅱ的應力比合龍順序Ⅰ小0.04 MPa;主梁下緣合龍順序Ⅰ下的最大應力為11.4 MPa，合龍順序Ⅱ下的最大應力為12.1 MPa，梁下緣合龍順序Ⅰ下的最小應力為3.51 MPa，梁下緣合龍順序Ⅱ下的最小應力為3.52 MPa。

4 兩種合龍順序主墩墩頂位移及合龍時水平推力的比較

按照施工工序模擬施工過程建立有限元計算模型(見圖1)，收縮徐變時間分別取三年(1 100 d)和十年(3 650 d)，計算出在不施加水平頂推力的合龍情況下收縮徐變等引起的墩頂水平位移，然后根據水平位移計算墩在不同合龍順序下的水平推力。因為主梁零號塊的剛度比墩的剛度大得多，零號塊的剛度可看作無窮大，則雙薄壁墩超靜定結構可簡化為單薄壁墩靜定結構(見圖6)，因此，得到水平頂推力:

其中，EI為墩的抗彎剛度;Δl為墩頂水平位移;L為墩高。

按照上述方法計算出兩種合龍順序主墩墩頂的水平位移及合龍時水平推力如表1和表2所示。

圖5 十年收縮徐變階段主梁應力比較

圖6 墩的簡化模型

表1 三年收縮徐變兩種合龍順序主墩墩頂水平位移和水平推力分析

表2 十年收縮徐變兩種合龍順序主墩墩頂水平位移和水平推力分析

由表1和表2可知，合龍順序Ⅰ的墩頂水平位移比合龍順序Ⅱ稍大，相差約20%。

5 結語

1)兩種不同的合龍順序下在成橋階段(考慮收縮徐變)主梁的撓度及應力計算結果可知，恒載作用下合龍順序對主梁受力影響不明顯，應力基本相同，豎向位移有一定的影響，但無實質性影響。合龍順序Ⅱ相對合龍順序Ⅰ而言，主梁的撓度變化要均勻些，但兩者無顯著差異。

2)同時合龍順序(Ⅱ)主墩水平位移比先邊跨后中跨合龍順序(Ⅰ)主墩水平位移稍大，繼而得到合龍順序Ⅱ所需水平推力比合龍順序Ⅰ稍大。

3)從主梁的應力和撓度的比較可知，同時合龍方案是可行的。

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