不同施工方案連續(xù)梁橋受力分析

張軍 徐林

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430056)

1 概述

預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋是目前使用較多的一種橋型，對跨徑較大的變截面連續(xù)梁，一般采用掛籃懸臂澆筑法施工，而對于跨徑不大的變截面連續(xù)梁，可根據(jù)實(shí)際情況采用掛籃懸澆法施工、滿堂支架現(xiàn)澆法施工和分節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工。由于文獻(xiàn)［2］已對變截面連續(xù)梁掛籃懸澆法和滿堂支架現(xiàn)澆法進(jìn)行過比較分析，因此本文只對滿堂支架現(xiàn)澆法和分節(jié)段支架現(xiàn)澆法進(jìn)行比較分析。

2 工程概況

某橋?yàn)?40+60+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋，雙向六車道，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為公路—Ⅰ級(jí)，箱梁采用直腹板的單箱六室結(jié)構(gòu)變截面箱梁，箱梁頂板寬度為28.6 m，箱體寬度為23.6 m，懸臂2.5 m。兩端及中跨跨中梁高1.8 m，箱梁根部梁高3.5 m，其余主梁梁高變化采用二次拋物線。跨中箱梁底板厚度22 cm，靠近根部箱梁底板厚度52 cm，底板厚度變化也采用二次拋物線漸變;根部箱梁橫梁處底板厚度局部加厚到80 cm，其間按直線變化。箱梁腹板厚度采用50 cm～70 cm。箱梁采用C50混凝土。箱梁橫向設(shè)2%的雙向坡，橫坡通過箱梁頂板調(diào)整，箱梁底板保持水平。全橋縱向按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋型布置圖見圖1，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖2。

該橋原設(shè)計(jì)采用滿堂支架現(xiàn)澆施工方案(方案一)，由于受施工條件限制，腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束只能采用單端張拉，考慮到全橋長140 m，單端張拉預(yù)應(yīng)力損失較大，后來改為分節(jié)段支架現(xiàn)澆施工方案(方案二)，方案二節(jié)段劃分如圖3所示，該方案腹板鋼束均采用單端張拉，相鄰節(jié)段腹板鋼束采用連接器進(jìn)行連接。

3 受力分析

采用Midas Civil有限元計(jì)算軟件建立全橋模型，對兩種施工方案進(jìn)行模擬，全橋模型共有72個(gè)單元，73個(gè)節(jié)點(diǎn)，模型見圖4。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

圖3 方案二節(jié)段劃分圖（單位：cm）

圖4 全橋模型

兩種施工方案箱梁結(jié)構(gòu)尺寸和邊界條件完全一樣，因此兩方案成橋后受力體系是一樣的，活載作用效應(yīng)也是一樣的，為了更好地了解兩種不同施工方案下橋梁的受力狀態(tài)，可先對兩種施工方案僅在箱梁自重作用下的內(nèi)力進(jìn)行比較(見表1，表2)。同時(shí)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對設(shè)計(jì)起控制作用的通常是幾個(gè)關(guān)鍵位置(比如墩頂、跨中等)，因此，本文以幾個(gè)關(guān)鍵位置應(yīng)力儲(chǔ)備相似為原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對橋梁運(yùn)營階段各控制截面的內(nèi)力進(jìn)行比較(見表3，表4)。

表1 自重作用下關(guān)鍵截面內(nèi)力

表2 自重作用下支座反力 kN

從表1可以看出，自重作用下，方案一與方案二各截面內(nèi)力和支座反力均存在較大差異，主要原因是方案一自重是一次均勻施加于結(jié)構(gòu)上，方案二自重是分節(jié)段施加于結(jié)構(gòu)上，最終導(dǎo)致自重的分配存在差異，同時(shí)，從表1可以看出，自重作用下采用整體現(xiàn)澆施工的方案一內(nèi)力是以跨中對稱的，而方案二則沒有對稱關(guān)系，兩邊跨及墩頂內(nèi)力差別較大，由于自重引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力占運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力的比重較大，因此導(dǎo)致運(yùn)營階段方案一鋼束布置以跨中對稱布置，而方案二各截面鋼束布置則有所差異。

4 主要材料用量對比

兩方案跨徑和結(jié)構(gòu)尺寸一樣，因此混凝土用量和普通鋼筋用量也是一樣的，主要材料差別就是縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的差別，方案一縱向預(yù)應(yīng)力鋼束用量為163 397.9 kg，方案二縱向預(yù)應(yīng)力鋼束用量為156 612.1 kg，兩方案鋼束用量相差不大，方案一比方案二略多，但方案二縱向腹板鋼束在兩節(jié)段之間需采用連接器連接，施工稍顯麻煩。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(40+60+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋兩種不同施工方案進(jìn)行計(jì)算分析，得出以下結(jié)論:

1)方案一與方案二都是施工較為可行的方案，材料用量差別也不大，如果施工現(xiàn)場有條件對縱向鋼束進(jìn)行兩段張拉施工，則采用方案一施工更為合理，工期也更短。

表3 運(yùn)營階段關(guān)鍵截面內(nèi)力

表4 運(yùn)營階段支座反力 kN

2)兩方案雖然都是支架現(xiàn)澆施工，但結(jié)構(gòu)內(nèi)力和支座反力還是存在一定差異，因此鋼束布置和支座選擇也會(huì)有所不同，若要改變施工方案，需經(jīng)過全面分析計(jì)算之后才能進(jìn)行施工。

［1］范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1988.

［2］王東陽.預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋不同施工方案影響分析［J］.華東公路，2013(2)：259-260.

［3］騰炳杰.掛籃懸澆與大節(jié)段支架現(xiàn)澆方案對比分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2012(6)：33-35.

［4］袁 帥.分段現(xiàn)澆大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的探討［J］.中國水運(yùn)，2009(5)：101-102.

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