大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究.pdf
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1、第l 4 卷 第 l 期 2 0 1 5 年 3 月 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL 1 4 No 1 J 0UR NAL 0F S HI J I AZ HUANG I N S TI T UT E 0F RAI U Y TE CHNOL 0GY M a r 2 0 l 5 大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究 李 刚 ( 中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 1 1 1 o o o ) 摘要: 大跨度预应力混凝土连续梁常采用挂篮悬臂浇筑施工 文章结合具体工程实例, 采用A n s y s 建立施工仿真计算模型,提出采用灰色理论预测法对主梁挠度变化进行预测,提供各施工阶段的立 模标高
2、,以指导施工,该方法对同类桥梁的施工有很好的参考价值。 关键词:预应力混凝土连续梁 灰色理论 施工控制 中国分类号: U 2 4 文献标识码: A 文章编号: 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 4 0 5 1 引言 大跨度预应力混凝土连续梁桥采用悬臂浇筑施工时,由于混凝土的非匀质性 、几何参数的变异 性以及受到时间、温度等因素的影响,使得桥梁结构各施工阶段的线形与 内力偏离设计值 。结构中 的各个部分是在分段施工中逐步形成的,各个施工阶段不仅结构形式不同,而且施工荷载也与成桥 状态 的设计荷载有一定 的差异。因此对施工过程中每个阶段的几何线形和 内力状
3、况的分析计算 ,就 成为桥梁悬臂施工控制中的基本要求。 某桥为铁路预应力混凝土连续梁,跨度组成为 ( 6 0 +1 1 0 +6 0 )m,全长 2 2 1 5 m。中支点梁高为 7 2 m, 中跨跨中及边跨现浇段梁高为 4 6 m。 梁体为单箱单室、 变高度、 变截面结构。 箱粱顶宽 1 2 6 m, 底宽 6 4 m,顶板厚度 3 5 4 5 5 5 c m,腹板厚度 6 0 8 0 1 0 0 c m,底板厚度 5 5 1 6 5 c m,在端支点、 中支点以及中跨跨 中共设 5个横隔板,隔板设有孔洞,供检查人员通过。桥型布置见图 1 。 图 1 连续梁桥型布置 图 ( c m) 2 连
4、续梁悬臂施工控制原理 大跨度桥梁施工控制的主要 目的是+ 使施工实际状态最大限度地与理想设计状态相吻合 , 包括线 收稿 日期 :2 0 1 4 1 卜1 8 作者简介:李刚 ( 1 9 7 2 - ),男,汉,辽宁盖县人,学士,工程师,研究方向桥梁。 5 4 第 1 期 李刚 大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究 形与受力状态 。一般对桥梁的控制方法有事后控制法 、预测控制法 、自适应控制法和最大宽容度法 等。现代桥梁施工控制主要运用的结构计算方法包括:正装分析法、倒装分析法和无应力状态分析 法 。施工控制影响因素包括施工方案与施工荷载、预加应力、混凝土收缩徐变、温度及施工进度等 。 2
5、 1理论立模标高的确定 在连续梁挂篮现浇施工过程中,梁段立模标高的合理确定,是关系到主梁的线形是否平顺 、是 否符合设计的一个重要问题,也是施工控制的一个重要事项 ,其计算公式如下 : ( i ) =H ( D) +f( f ) +( g) +( f ) H( i ) 第 f 段待浇主梁的底模板前端的立模标高; H( D ) 第f 段待浇主梁的底模板前端的成桥设计标高; 厂 ( f ) 本阶段及后续所有施工阶段对第 梁段前端产生的挠度累计值; ( g ) 由于挂篮变形产生的底模板前端的挠度值; 厂 ( f ) 成桥t 年后由收缩徐变和车辆运营所产生的挠度。 其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验 ,
6、综合各项测试结果, : 绘出挂篮荷载一一挠度 曲线 ,进行 内插而得。 2 2施工控制中的灰色系统预测模型 进行施工控制的目的就是通过获得的数据预测以后的施工走 向并加以调整 ,以确保施工的安全 性。灰色理论的特 点是以现有信息为基础来进行数据加工与处理,建立灰模型来预测系统未来发展 变化,常用的模型为 G M ( 1 , 1 )模型。在构建灰色系统预测模型时可将桥梁看成一个灰色系统,其 灰色预测模型 的建立步骤如下:在第 f + l号梁段施工前,通过计算得到 已浇梁段在理想状态下的挠 度变化值 ,在第 f 梁段施工完成后 ,测得前几节梁段挠度变化实测值 ,对两者建立误差序列,以此 为原始序列
7、,建立 GM ( 1 , 1 )模型。 作为预测模型的G M ( 1 , 1 )模型,其白化微分方程为: y (1) + a X( 1) =z f d t 式中:a , 为待辨识的参数;z ( 为原始数据 z ( 。 的累加生成数据系列。 解方程得时间响应函数为: 广 z( f ) :I z( 1 ) 一 I P a ( ) + L 口 J a 将上式离散后可得相应的预测模型为: z ( k + 1 ) = I Z L 下一梁段立模标高预测值为: ( 七+1 ) =Z 。 ( 尼+1 ) H, ( +1 ) 式中:z ( 。 ( 斛 1 )为立模标高实测值与理论计算值 比值 ; ( 1 )为立
8、模标高理论计算值 。 3 悬臂施工 A N S Y S 仿真分析 3 1有限元模型 利用 An s y s建立有限元计算模型,模型中混凝土与预应力钢束采用分离式建模方式,混凝土用 55 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 5年第 1 期 实体单元 s o l i d 9 5模拟 ,钢束采用只受拉的桁架单元 l i n k 8模拟,通过输入初始应变来模拟预应力的 大小,通过耦合力筋和最近的混凝土单元节点 自由度使两者成为一个整体;施工阶段利用 An s y s中 的单元生死功能来模拟,即先对相应单元进行编组,然后按照施工进度进行激活或杀死。主梁有限 元模型见图 2 ,模型中的预应力钢束见图
9、3 。 0 隅 II! i 10 t硼l - I 甜 Il iIl3I ll ” ” 图 2 主梁有限元模型 图 3 模型中的预应力钢束 3 2混凝土收缩徐变的模拟 An s y s 建模过程 中为了考虑混凝土的徐变收缩效应,进行 了如下假定: ( 1 )假定每一梁段混凝 土具有相 同的龄期与徐变收缩值 ; ( 2 )将结构的徐变收缩过程划分为与施工过程相适应的各个时间 间隔。通过龄期调整 的有效模量法 ( A E MM)来模拟混凝土的收缩和徐变,计算步骤如下:首先将 时间分解成若干个时间段,在每个时间段内单独作为荷载步求解,将混凝土的弹性模量换成有效模 量 D ,将实际作用的荷载转化为等效节
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