刚构-连续组合梁桥合龙施工开裂研究.pdf
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1、总653期2023年第23期(8月 中)收稿日期:2023-01-03作者简介:刘顺德(1995),男,河北深州人,研究方向为桥梁工程。刚构-连续组合梁桥合龙施工开裂研究刘顺德(石家庄市公路桥梁建设集团有限公司,河北 石家庄 050000)摘要:为探讨预应力混凝土刚构-连续梁桥合龙段施工开裂原因,依托某刚构-连续组合梁桥施工实例,采用有限元分析软件Midas Civil建立数值模型,分析了合龙段在不同合龙法施工时的应力变化情况。结果表明:劲性骨架合龙法施工时,合龙段下缘混凝土开裂原因在于刚接率不足,施工时应使劲性骨架刚接至悬臂梁;临时压重法和综合合龙法施工时,压重率不足或过大均会引起混凝土开裂
2、,施工时应加强压重率的控制。最后,探讨了边跨合龙段施工开裂控制技术,可为后续类似施工提供参考。关键词:刚构-连续组合梁桥;合龙段;压重率中图分类号:U445.4文献标识码:B0 引言在刚构-连续组合箱梁悬臂施工时,主梁合龙段是施工主要环节1。为确保刚构-连续组合梁桥的成桥状态,已有较多学者对刚构-连续组合梁桥的合龙施工开展大量研究,且已取得一定成果2。但现有研究多从设计合龙顺序等入手,较少有关于该类桥梁悬臂施工时合龙段混凝土开裂问题的研究。基于此,本文将依托某预应力混凝土刚构-连续组合梁桥,借助有限元分析软件探讨不同合龙措施下刚构-连续组合梁桥合龙段的开裂原因。1 工程概况某预应力混凝土刚构-
3、连续组合梁桥主梁截面形式主要为单箱单室变高度变截面,其中,9-11#墩0#块为单箱三室。边跨端部及中跨中部梁高3.7 m;中墩梁高6.5 m。主梁混凝土等级C55,为全预应力结构。桥梁交界墩、边跨及次边跨间桥墩等墩顶均设置活动支座,以确保主梁纵向自由变形,其余桥墩则刚接至主梁。以下将以活动支座墩表示设置了活动支座的桥墩。桥梁以悬臂浇筑法施工,施工节段共103个,合龙段横截面见图1。桥梁合龙顺序为:中跨次边跨边跨。2 合龙段开裂原因当前,预应力混凝土刚构-连续组合梁桥多采用临时压重合龙法、综合合龙法和劲性骨架合龙法施工合龙段3。据此,本文将通过有限元分析方法,探讨3种合龙措施下桥梁合龙段的应力状
4、态,进而研究合龙段开裂问题。2.1 有限元模型所建数值模型见图2。其中,以实体单元模拟主梁合龙段;以变截面3D梁单元模拟非合龙段主梁变截面;以预应力荷载单元模拟预应力钢束。模型梁单元共285个、实体单元共1 945个、预应力荷载单元共510个。2.2 劲性骨架合龙法在采用劲性骨架合龙法施工桥梁合龙段时,所用劲性骨架结构形式及刚度均会对该梁段的应力状态产生1 16064090304040423153803035图1 合龙段横截面示意图单位:cm(a)全桥模型(b)合龙段细部模型图2 有限元模型128交通世界TRANSPOWORLD较大影响4。背景梁段所用劲性骨架的组成包括370 mm240 mm
5、10 mm 缀板、36 号工字型钢、1440 mm1080mm20 mm预埋钢板及锚固钢筋。因施工时难以明确劲性骨架和合龙段两侧悬臂梁的连接状态,而该状态又会影响合龙段应力,因此,为定量分析该影响,本文以“刚接率”(即两侧悬臂梁和劲性骨架的连接杆实际传递的弯矩值,与该杆件完全刚性连接到两侧悬臂梁时所传递的弯矩值之比)量化连接牢固程度。在张拉边跨、次边跨和中跨预应力钢束前,合龙段混凝土拉应力出现位置基本相同,但存在数值差异。拟合张拉预应力钢束前合龙段下缘的最大拉应力,所得结果见图3。由图 3 可知:拉应力主要分布在合龙段底板位置,其中,底板悬臂梁角点及中部的拉应力值相对较大,且有较多混凝土裂缝;
6、张拉预应力钢束前,次边跨合龙段在铰接状态下(即刚接率等于 0 时)有0.46 MPa最大拉应力。因早龄期及初凝混凝土抗拉强度较差,因此,在该拉应力下合龙段下缘往往会出现开裂病害;随着刚接率不断增大,合龙段下缘最大拉应力不断减小,且呈现指数曲线形态,刚接率对合龙段下缘拉应力的影响较大。综上分析可知,合龙段两侧悬臂梁和劲性骨架的连接刚度值是导致合龙段施工裂缝的主要原因。采用劲性骨架法施工合龙段时,为降低施工开裂概率,应尽可能确保合龙段两侧悬臂梁和劲性骨架的连接刚度保持在刚接状态。2.3 临时压重合龙法逐级降低临时压重量以模拟浇筑合龙段混凝土时卸载临时压重的施工工艺5。按已浇筑合龙段混凝土重和总重的
7、比值确定各级临时压重卸载量。为使所得结果有普适性,以压重率(即临时压重重量比合龙段总重)表示临时压重荷载指标。模拟时,在0150%范围内选取压重率。拟合张拉预应力前合龙段的应力模拟结果,可得压重率和合龙段下缘拉应力最大值的关系曲线,具体见图4。图4中拉应力值为零的水平线为拉应力转变为压应力的分界线,该水平线与拟合曲线的交点为临界压重率。压重率大于临界压重率后,中跨合龙段张拉预应力钢束前的应力结果为:在张拉预应力钢束前,合龙段下缘拉应力最大值和压重率存在线性关系,且压重率的不断增加导致合龙段下缘最大拉应力不断减小;在50%压重率下,次边跨合龙段下缘最大拉应力为0.26 MPa,容易引起初凝混凝土
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