先簡支后連續(xù)梁橋施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響

馬烽城，季源淵

(浙江浦江龍峰公路工程有限公司，浙江 浦江 322200)

1 工程案例

某工程為高速公路第五合同段，路線總長5.925 km。雙向四車道高速公路，橋面凈寬為2×11.75 m，主線路基寬度26 m。大橋建成后可以加快完善市區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化市內(nèi)投資環(huán)境，對于市區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展來說至關(guān)重要。西連接線設(shè)計時速為120 km，路基寬度為28 m，梁橋的上部為預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，上跨公路的一連小箱梁布局為40+40+35 m的結(jié)構(gòu)，為非對稱式跨度結(jié)構(gòu)，預(yù)制得的箱梁梁高為2 m，梁與梁之間的間距設(shè)置為3.32 m；下部橋墩結(jié)構(gòu)為柱式結(jié)構(gòu)，并采用樁基礎(chǔ)加固，配合肋臺板作為橋臺。6#與9#橋墩配備阻尼橡膠活動支座，增加連續(xù)端的抗震效果，7#與8#橋墩配備阻尼橡膠固定支座，增加梁橋的穩(wěn)定性與抗震性。

2 先簡支后連續(xù)梁橋數(shù)值建模與分析

為了確保對橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的準確性，采用MIDAS/CiVil軟件進行對對該梁橋結(jié)構(gòu)進行簡化，主梁的兩端對豎向位移進行約束，以空間梁單元為研究對象，按照空間梁格模式對結(jié)構(gòu)進行分析，將全橋劃分180個節(jié)點，315個單元；計算過程不考慮普通鋼筋對結(jié)構(gòu)的影響。材料使用C50混凝土，重力容重為26 KN/m3，材料的彈性模量為3.45×104/MPa,采用的預(yù)應(yīng)力鋼束材料的彈性模量為1.95×105/MPa,，松弛系數(shù)為ρ=0.3，松弛率為ξ=0.035；錨具變形回縮量按6 mm進行計算；波紋管也進行摩擦力考慮，設(shè)置摩阻系數(shù)為μ=0.2，偏差系數(shù)k=0.001 5；計算過程中不考慮橋墩對其影響，只將約束加載在主梁上。基于有限元對先簡支后連續(xù)梁橋進行結(jié)構(gòu)簡化，方便分析與計算。根據(jù)先簡支后連續(xù)梁橋的施工特點，其支撐方式可分為單支座支撐與雙支座支撐，本文簡化的主要模型為單支撐結(jié)構(gòu)，受力分析時需要進行上下緣的受力分析。

2.1 橋墩鋼筋施工順序受力分析

對三個橋墩的施工順序進行分析，保證濕接縫與整體層結(jié)構(gòu)澆筑后，再進行負彎矩鋼筋的布置。三個負彎矩鋼筋濕接縫的排列順序有，1#～2#～3#，1#～3#～2#，2#～3#～1#，2#～1#～3#，3#～2#～1#，3#～1#～2#，1#/3#同時-2#,2#～1#～3#同時。因此鋼筋約束張拉的順序較多。用有限元軟件進行受力分析，現(xiàn)實中難以進行測量對比的項目，可以通過軟件進行不同施工順序時的受力影響分析。將受壓應(yīng)力方向定為正，彎矩及截面下部受到的拉應(yīng)力方向也設(shè)為正值，對上述順序進行受力統(tǒng)計詳見表1。

表1 不同施工順序下跨中應(yīng)力值

其中對各跨跨中截面受到的壓應(yīng)力進行分析，可以得出在不同施工工序下，相同位置截面的受力分析幾乎相同，得到最終應(yīng)力的差值相差很少，與平均值相比變化幅度都控制在5%之內(nèi)，最小值出現(xiàn)在3#～1#～2#施工順序中。對各支點所在的截面應(yīng)力值進行分析得表2數(shù)據(jù)。

通過表2數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)在不同工序下支點處截面受到應(yīng)力變化較大，數(shù)值變化幅度與平均值相比基本控制在30%以內(nèi)，其中最小應(yīng)力出現(xiàn)在工序3#～1#～2#中，但其中1#鋼筋應(yīng)力測量點受到的拉應(yīng)力相對的較大。對上述各施工順序進行跨中應(yīng)力與支點應(yīng)力進行分析，可以發(fā)現(xiàn)在不同的施工順序下，橋梁整體的受力受到一定的影響，對比支點處與跨中截面處的受力變化，可以發(fā)現(xiàn)不同施工順序?qū)χc處的影響遠大于跨中截面的受力變化。支點受力變化幅度基本在5%～30%之間，其中變化最小的為3#～1#～2#，因此該施工順序由于其他流程的施工受力，這種施工順序為隔跨施工。

表2 不同施工順序下支點截面應(yīng)力值

2.2 支座拆除順序施工受力分析

先簡支后連續(xù)梁橋的施工中臨時支座的拆除作為關(guān)鍵工序，需要進行分析，結(jié)合國內(nèi)具體案例的研究發(fā)現(xiàn)，目前在支座的拆除上比較隨意，也沒有比較統(tǒng)一的共識。因此在上述橋梁簡化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行支座拆除順序的模擬，力圖尋找最佳的支座拆除流程，降低先簡支后連續(xù)梁橋施工中的應(yīng)力影響。在上述分析的基礎(chǔ)上對臨時支座的拆除順序進行分析，即保證濕接縫與整體轉(zhuǎn)化層澆筑完成，并且負彎矩鋼筋得到固定處理后，進行各處臨制作拆除順序的討論。通過總結(jié)可發(fā)現(xiàn)拆除順序分為1#～2#～3#，1#～3#～2#，3#～1#～2#，3#～2#～1#，2#～3#～1#，2#～1#～3#，1#/3#同時-2#與1#～2#同時/3#，拆除作業(yè)施工順序分類較多。湛江海灣大橋公路改建工程實例來看3#～1#～2#拆除順序比較常用，分析原因主要受到施工工期的影響。對各組拆除順序進行比較，尋找影響內(nèi)力最小的拆除組合，通過對跨中界面應(yīng)力與橋墩支點應(yīng)力的總結(jié)對比可知，如表3所示。

表3 不同拆除順序下支點截面應(yīng)力統(tǒng)計值

跨中截面受力受拆除順序影響較小，最大差值與均值的變化幅度全部在5%以內(nèi)，其中截面應(yīng)力最小值出現(xiàn)在2#～1#～3#拆除順序中，但優(yōu)勢不明顯說明該拆除順序不一定最優(yōu)。對各支座拆除作業(yè)中支點的受力進行分析，可以發(fā)現(xiàn)支點應(yīng)力最小值同樣出現(xiàn)在2#～1#～3#支座的拆除順序中，但是支點應(yīng)力與平均盈利相比變化幅度沒有多大差異，因此結(jié)合跨中受力與支點受力來看，該支座的拆除順序?qū)?yīng)力的影響較小。要保證施工工期滿足要求，或是降低施工工期最好應(yīng)以3#～1#～2#臨時支座的拆除順序來施工。

表4 不同拆除順序下跨中截面應(yīng)力統(tǒng)計值

通過以上研究數(shù)據(jù)，在實驗簡化模型的基礎(chǔ)上對先簡支后連續(xù)梁橋施工技術(shù)的施工順序進行分析，可以發(fā)現(xiàn)負彎矩處鋼筋施工流程與臨時支座的拆除流程都會影響橋梁的受力，不同施工順序下會引起橋梁跨中截面受力與支座處支點受力的差異。對實驗結(jié)果進行得出，可以發(fā)現(xiàn)無論是梁橋橋墩處負彎矩鋼筋施工還是臨時支座的拆除施工中，隔跨施工都會降低橋梁的內(nèi)部受力，優(yōu)化先簡支后連續(xù)梁橋的施工過程。要降低施工工期時，還可以采用提前跨隔拆除后續(xù)臨時支座的方式，優(yōu)化工期縮短帶來的經(jīng)濟效益。所以也間接說明了先簡支后連續(xù)梁橋的施工順序會影響內(nèi)部受力，通過不斷地研究深化，可以完善現(xiàn)有的施工工藝，優(yōu)化施工流程，降低內(nèi)部受力帶來的異常影響。

3 結(jié) 論

(1)控制負彎矩處鋼筋約束施工順序時，跨中截面與支點受力的最小值出現(xiàn)在3#～1#～2#的施工順序中，該施工順序較其他順序有一定的優(yōu)勢。

(2)在臨時支座的拆除作業(yè)過程中，拆除作業(yè)的施工順序在一定程序上影響結(jié)構(gòu)應(yīng)力；改變施工順序，2#～1#～3#拆除流程得到的改善效果不明顯；如果施工工期要求較為嚴格或施工單位要求縮短工期時，上述拆除流程沒有優(yōu)勢，因為影響時間的主要工序為1#橋墩的臨時支座，如果采用3#～1#～2#的拆除流程則可以很好的縮短施工工期。

(3)先簡支后連續(xù)梁橋的施工技術(shù)，橋梁整體受力受鋼筋張拉順序與臨時支座拆除順序影響，因此，先簡支后連續(xù)梁橋的施工中要降低結(jié)構(gòu)受力的影響程度，應(yīng)采取隔跨負彎矩受力約束與隔跨臨時支座拆除的施工順序，才能保證橋梁整體結(jié)構(gòu)受力最小。