基于連續(xù)剛構(gòu)橋梁高墩施工監(jiān)控及穩(wěn)定性分析

胡 佳

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 400074）

0 前言

在箱梁施工時，混凝土的徐變已趨于平緩，已不能導(dǎo)致強(qiáng)烈的應(yīng)力波動，與箱梁節(jié)段增加同步，高墩各截面應(yīng)力也呈增長趨勢。在此過程中，隨著箱梁節(jié)段自重及高度的減小，高墩應(yīng)力值的增速降低。考量風(fēng)荷載及掛籃移動會作用于高墩受力，研究要剔除這種情況，注重箱梁自重增加而導(dǎo)致的墩身應(yīng)力變化。

1 高墩施工監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 傳感器選擇及布置

考量監(jiān)控精度及長期測試的要求，選擇XJG-振弦式鋼筋計作為高墩墩身相應(yīng)截面受力的監(jiān)控設(shè)備，以反映施工各階段橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形情況，并選擇振弦式溫度傳感器作為墩壁溫度的監(jiān)控設(shè)備，以反映墩身不同高度截面的溫度變化，開展高墩受力情況的分析。關(guān)于傳感器的布置，采用遺傳算法進(jìn)行傳感器布置的優(yōu)化，并考量應(yīng)力集中現(xiàn)象，分析高墩向陽面及背陽面的溫差，以盡可能少的傳感器反映出最佳的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控效果。

1.2 風(fēng)場觀測器的選擇及布置

考量風(fēng)壓所形成的靜力作用，選擇PC-2F多通道風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)作為不同位置風(fēng)速的觀測設(shè)備，可依據(jù)需要設(shè)置觀測周期，且能與高墩傳感器同步使用。關(guān)于觀測器布置，應(yīng)參照橋梁高墩實際情況，可設(shè)置三個測點，測點 1布置在高墩底部，以測基準(zhǔn)風(fēng)速，并推算其他高度風(fēng)速；側(cè)點 2布置于左右幅墩之間，以測墩間的紊流情況，并研究該情況對兩墩受力的影響；測點 3布置于高墩頂部，以測最高處的最大風(fēng)速，并探究基準(zhǔn)風(fēng)速隨高度的變化情況[1]。

2 高墩不同施工階段受力分析

關(guān)于高墩不同施工階段受力分析，應(yīng)著手于鋼筋應(yīng)力變化、箱梁澆筑節(jié)段增加等，具體可參考以下方面：

第一，澆筑高度變化對高墩應(yīng)力影響分析。在墩身施工中，以高墩為軸心受壓構(gòu)件，而壓力由混凝土及縱向鋼筋承擔(dān)，其變形協(xié)調(diào)應(yīng)變值相等，即但是，基于應(yīng)力不變的前提條件，混凝土應(yīng)力會逐漸增大，存在徐變現(xiàn)象，而鋼筋的應(yīng)力也會增大。假設(shè)，構(gòu)件作用于軸向力后產(chǎn)生應(yīng)變，可得混凝土及鋼筋的應(yīng)力公式

第二，溫度變化對高墩受力影響分析。高墩各側(cè)面鋼筋應(yīng)力隨氣溫變化而改變，即氣溫變化趨勢與鋼筋應(yīng)力變化趨勢呈正比例關(guān)系。簡而言之，在日氣溫最低時，鋼筋應(yīng)力值趨于日最小值，而日氣溫最高時，鋼筋應(yīng)力趨于日最大值。相較于外側(cè)鋼筋應(yīng)力變化趨勢，內(nèi)側(cè)鋼筋的應(yīng)力變化受氣溫影響的滯后性更大，且應(yīng)力變化受氣溫的影響較小。

第三，風(fēng)速風(fēng)向?qū)Ω叨帐芰τ绊懛治觥Ｊ紫龋_定基本風(fēng)速，大型柔性橋梁可通過風(fēng)洞試驗進(jìn)行基本風(fēng)速的設(shè)計。而施工階段的設(shè)計風(fēng)速，可參照以下公式：其次，確定風(fēng)荷載，可著手于主梁及橋墩上的風(fēng)荷載。例如，主梁風(fēng)荷載。以橫橋向風(fēng)為基準(zhǔn)，其靜陣風(fēng)荷載的計算公式若橋梁跨徑大于或等于200m，且主梁為非桁架斷面，其順橋向單位長度的風(fēng)荷載計算可依據(jù)風(fēng)與主梁上下表面的摩擦力，其公式如下

3 連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工穩(wěn)定性分析

3.1 結(jié)構(gòu)線性穩(wěn)定分析

3.2 幾何非線性穩(wěn)定分析

在進(jìn)行非線性穩(wěn)定分析時，要依據(jù)兩項判斷準(zhǔn)則，可參考以下方面:其一，荷載位移曲線的突破點；其二，受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時的荷載。關(guān)于線性與非線性穩(wěn)定分析，其臨界荷載較為接近，以之作為非線性穩(wěn)定分析的荷載上限，并以非線性屈曲法探究橋梁結(jié)構(gòu)的臨界及極限荷載。關(guān)于橋梁非線性穩(wěn)定分析，可著手于幾何非線性穩(wěn)定分析、雙重非線性分析等，本文以幾何非線性穩(wěn)定分析為例。考量連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)注重在側(cè)向風(fēng)載及重力作用下的墩頂位移。針對幾何非線性穩(wěn)定分析，其實質(zhì)就是計算荷載的剛度矩陣時，要計入大變形引起的剛度矩陣變化，即P-Δ效應(yīng)，此效應(yīng)反映了彎矩對軸向剛度的影響及軸力對彎曲剛度的影響。此外，依據(jù)橋梁受力情況，進(jìn)行靜力分析可設(shè)置以下工況：其一，主梁兩側(cè)作用對稱風(fēng)壓；其二，一側(cè)作用1/2風(fēng)壓，一側(cè)作用全部風(fēng)壓。如此，即可得到最大懸臂結(jié)構(gòu)負(fù)載的最不利布置，其后進(jìn)行靜力分析，可得墩底內(nèi)力，并以該內(nèi)力數(shù)據(jù)作為加載比例，在幾何非線性穩(wěn)定分析后，就可得到該狀態(tài)下的位移曲線。通過兩種工況下臨界荷載及極限荷載的對比，以及兩種工況同等受力情況下的位移情況，得到最不利受力狀態(tài)下的工況模型。

4 結(jié)論

綜上所述，關(guān)于連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工，其高墩監(jiān)控措施及穩(wěn)定性分析方法應(yīng)在橋梁施工實踐中探究。本文具體分析了施工各階段橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形情況，并結(jié)合XJG-振弦式鋼筋計、PC-2F多通道風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，探討了混凝土徐變現(xiàn)象、鋼筋應(yīng)力值與溫度變化關(guān)系、風(fēng)荷載計算等問題，提出了橋梁結(jié)構(gòu)臨界荷載系數(shù)的計算方法、兩種工況狀態(tài)下的靜力分析等措施。

[1]蘇鵬.連續(xù)剛構(gòu)橋梁高墩懸臂施工監(jiān)控與穩(wěn)定性分析[J].水利與建筑工程學(xué)報,2016,14(03):216-220.

[2]李城,鄔曉光,肖飛,陶甫先.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制關(guān)鍵技術(shù)研究[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,27(02):78-82.