預(yù)制橋面板加載齡期對大跨度結(jié)合梁+混合梁體系斜拉橋的影響分析

張保勝，許曉建

（1.中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 100089；2.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089）

1 引言

由于我國幅員遼闊，地形復(fù)雜，在各級鐵路和公路的建設(shè)過程中，需要建設(shè)大量的橋梁來保證線路的通暢，新型結(jié)合梁+混合梁斜拉橋因其特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、良好的受力性能和經(jīng)濟(jì)性而得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。對于采用結(jié)合梁+混合梁雙重體系的大跨度斜拉橋的施工過程控制，混凝土橋面板的收縮徐變是不可忽視的一個因素。國內(nèi)外很多學(xué)者對這個問題做了研究。Sandeep 等[1]對結(jié)合梁斜拉橋的收縮徐變效應(yīng)進(jìn)行了研究，并提出相應(yīng)的控制措施；Dezi 等[2]研究了結(jié)合梁的徐變分析方法，提出了簡化徐變計算的實用方法；國內(nèi)外學(xué)者[3～5]依靠不同的工程背景，研究了混凝土收縮徐變效應(yīng)對結(jié)合梁斜拉橋施工過程中內(nèi)力的影響。聶建國、劉沐宇等[6，7]研究了混凝土收縮徐變效應(yīng)對結(jié)合梁斜拉橋施工過程中主梁位移的影響。但這些文獻(xiàn)研究只針對一般混合梁或結(jié)合梁體系斜拉橋，沒有針對采用結(jié)合梁+混合梁雙重體系的斜拉橋進(jìn)行混凝土收縮徐變影響的研究。

本文以南溪長江公路大橋為例，采用有限元分析軟件NLBAS 和對比分析方法分析了混凝土收縮徐變和橋面板不同加載齡期對結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力的影響。該軟件曾在蘇通大橋、鄂東長江公路大橋等工程中得到應(yīng)用和驗證。

2 背景工程概況

南溪長江公路大橋主橋為280 m+572 m+（72.5 m+63 m+53.5 m）5 跨雙塔雙索面斜拉橋（見圖1），北岸邊跨及中跨主梁采用鋼混結(jié)合梁，南岸邊跨主梁采用雙縱肋混凝土主梁，并設(shè)置2 個輔助墩，橋塔采用鉆石形塔，空間索面。其中，北岸主跨布置21 對斜拉索，南岸主跨減少至20 對斜拉索，在結(jié)合梁段斜拉索標(biāo)準(zhǔn)間距為13.5 m，在混凝土梁段斜拉索標(biāo)準(zhǔn)間距為9.0 m。設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。

圖1 主橋立面布置圖

北岸邊跨及中跨結(jié)合梁采用懸臂施工法，南岸邊跨混凝土主梁采用滿堂支架施工法。采用平面桿系非線性有限元模型對結(jié)構(gòu)的施工全過程進(jìn)行模擬。分析中考慮斜拉索垂度效應(yīng)、P-Δ（荷載-位移）效應(yīng)及大位移效應(yīng)引起的幾何非線性，考慮各階段的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)以及施工臨時荷載的影響。

3 預(yù)制橋面板加載齡期對主梁線形和內(nèi)力的影響分析

該橋北岸邊跨及主跨采用工字形鋼主梁+混凝土橋面板的結(jié)合梁結(jié)構(gòu)形式。為了減小混凝土收縮徐變的影響，結(jié)合梁的橋面板預(yù)制之后要在預(yù)制廠放置一段時間再進(jìn)行安裝。從減小混凝土收縮徐變影響的角度看，放置時間越長越好；但從有效利用預(yù)制場地和提高施工效率的角度看，則放置時間越短越好。下面將分析橋面板放置時間對橋梁結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律，以找到滿足要求的相對合理的放置時間。其中，模型中混凝土收縮和徐變按公路橋規(guī)JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》附錄F 計算。

對橋面板預(yù)制之后放置時間（即加載齡期）分別設(shè)為7 d（不存梁）、28 d（1 個月）、90 d（3 個月）、180 d（半年）、360 d（1 年）以及720 d（2 年）等6 種情況，分析結(jié)合梁截面應(yīng)力與線形。首先，選取LB11 梁段截面與LZ11 梁段截面等2 個，對比分析橋面板采用不同加載齡期時結(jié)合梁成橋階段位移的變化，其影響規(guī)律如圖2 所示。

由圖2 可知：

圖2 橋面板加載齡期與結(jié)合梁成橋位移關(guān)系

1）隨著橋面板加載齡期的增加，結(jié)合梁成橋位移逐漸減小，但減小的趨勢逐漸減緩，當(dāng)加載齡期超過180 d 后，結(jié)合梁的位移基本不再減小；

2）采用不同加載齡期的橋面板對結(jié)合梁位移的影響有限，越靠近橋塔其影響量越小。由于14#塔側(cè)存在混凝土梁壓重，因此，編號JZ 的梁段的位移小于對稱位置編號為LZ 的梁段位移。

橋面板加載齡期對鋼主梁和橋面板截面應(yīng)力的影響結(jié)果如圖3 和圖4 所示。

圖3 橋面板加載齡期與LB11 截面應(yīng)力關(guān)系

圖4 橋面板加載齡期與LZ10 截面應(yīng)力關(guān)系

由圖4 可知：

1）隨著橋面板加載齡期的增加，鋼主梁上翼緣壓應(yīng)力逐漸減小，而橋面板上翼緣壓應(yīng)力逐漸增加，但二者變化的趨勢均逐漸減緩。存梁時間在90 d 以內(nèi)時，截面應(yīng)力對存梁時間較為敏感；當(dāng)存梁時間超過180 d 后，截面應(yīng)力對存梁時間極不敏感。

2）鋼主梁應(yīng)力較橋面板應(yīng)力對橋面板加載齡期更為敏感，且橋面板加載齡期越長，橋面板截面壓應(yīng)力越大，混凝土橋面板越能發(fā)揮其抗壓的作用；但加載齡期超過180 d 以后，其影響逐漸減小。

4 結(jié)論

對于鋼-混結(jié)合梁截面，橋面板的加載齡期會對結(jié)合梁的受力性能產(chǎn)生較為明顯的影響，橋面板加載齡期越短，混凝土收縮徐變效應(yīng)越明顯；橋面板的加載齡期越長，預(yù)制場地的使用效率越低，施工工期越長。因此，在實際施工過程中，橋面板的存放時間取180 d 是合適的。