悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥建模的探讨.pdf

1 4 0 管理施工 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 3 月第 3 期 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥建模的探讨 黄平生 ， 黄式宝 。 夏侯峥 ， 张培宇 ( 1 西南 林业 大学 ， 云南昆 明 6 5 0 2 2 4； 2 江西 通威公路 建设集 团有 限公 司 ， 江西赣 州3 4 1 0 0 0； 3 武汉 理工大 学 ，湖北武 汉 4 3 0 0 0 0 ) 摘要： 该文主要利用实例 ， 通过桥梁博士程序对连续梁桥建模， 在桥梁总长度 、 边跨比、 全桥预应力筋配置及施工阶段模拟相同 的前提下 ， 只变 动零号块及 边跨现 浇段 的加密 单元 的长度 ， 建 立两种模 型 ； 通 过两种模 型在承载力极 限状态 下计算 结果 的对 比 ， 探讨建模过程 中应注意 的模 型单元的划分精 度要求 、 钢 束布置要点 、 边界条件 问题 ， 以及模 拟挂篮施 工的注意 事项 。这 样有利于 理清桥梁设 计思路 ， 同时也可确保后期 的连续梁桥 的内力计算结果 的可靠度接近 实体 桥型 。 关键词： 预应力混凝土连续梁桥； 建模； 单元划分精度 ； 钢束布置； 挂篮施工； 边界条件 中 图分 类号 ： U 4 4 8 2 1 + 5 文献 标识码 ： A 文 章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 1 4 0 0 3 0 引言 2 悬臂浇筑连续梁桥的建模 对于连续梁桥 的设计 ， 按照施 工方 法划分 ， 主 要有 以下几种类 型 ： 整体式支架现浇施 工 ， 悬臂施 工 ， 简支转连续 ， 移 动支架逐孑 L 现浇施 工 ， 顶推施 工等方法 ； 按照钢筋 的受力情况 ， 分为部分 预应力 混凝土连续梁和全预应力混凝土连续梁。 1 连 续梁桥 的特 点 整体式支架现浇施工的特点：桥梁的整体性 好 ， 施工方法简便易行 ， 质量可靠 ， 但是局限于地 形简单平缓的大中小跨径桥梁。 简支转连续是先架设 预制主梁 ，然后将 主梁 在墩顶处现浇形 成整体 ， 施工方法 简单 ， 高效 ， 在 中小跨径桥梁应用较多。 移动支架逐孔现浇施工及顶推施工仅适用 于 中小跨径 ， 且顶推施工采用 大量 的临时束 ， 用钢量 浪费 ， 所 以不常用。 悬臂施工分为悬臂浇筑和悬臂 拼装 ，一般采 用挂蓝施工 ， 不需要大量施工机械和临时设施 ， 不 影 响桥下通航 、 通车 ， 适用 于大跨径和地形条件 比 较复杂的中小跨径，因此具有很大的优越性和灵 活性。本文就以悬臂浇筑施工连续梁桥的建模探 讨有关问题 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 2 3 作者简 介 ： 黄 平生 ( 1 9 8 7 一) ， 男 ， 江 西赣 州人 ， 在读 硕 士研 究 生， 助理工程师， 从事路桥工程设计工作， 研究方向： 桥梁结 构内力分析与计算。 现就 以位于迪 庆州 的 K 2 5 2 + 0 1 0大桥 作 为实 例探讨有关问题。该桥为三跨连续箱梁结构， 其主 要断面形式是单箱单室截面 ，根据以往的设计经 验 ， 对于大跨度变截面连续梁桥边跨与中跨 的之 比 一 般为 0 5 0 8 ， 设计经验表明 0 5 5 0 6更为有利 。 该桥中跨与边跨之 比为 0 5 5 9 ： 1 ， 即中跨 1 1 1 1T I 及边 跨 6 2 m， 对于截面底缘呈抛物线变化的箱梁截面高 度在支点位置( 1 l 6 1 2 0 ) L ， 跨中位置为( 1 3 0 1 5 0 ) L ， 此桥支点高度 7 0 i n ， 跨中位置 3 5 In 。 单箱单室截 面顶板宽度宜小于 1 8 n l ， 且箱室宽度须控制在 8 m 以内 ， 就可 以算 出悬臂长度不得大 于 5 0 I n ， 另外 公 路钢筋 混凝 土及 预应力 混凝 土桥 涵设 计规 范 ( J T G D 一 6 2 2 0 0 4 )规定悬臂长度超过 3 m宜布置 横 向预应力筋 。该桥 因箱梁顶部宽度 只有 9 0 m， 底部宽度设为 5 0 i n ，翼板悬臂长度 2 i n ，未超过 规范要求则不需设置横向预应力筋。跨中支点处 箱梁断面顶板厚度 0 4 1T I ， 跨中和边跨支点处顶板 厚度 为 0 3 m， 另 因该桥设置 了防撞墙 ， 翼板 端部 布置厚度为 0 2 5 i n ， 底板厚度 0 3 5 0 9 m。箱梁 的 横断面如图 1 所示。 I 5 0 O D n I 立直截厦 图 1 箱梁横 断面图( 单位 ： G m ) ( 4 ) 在假定的砸击荷载作用下 ， 理论仿真分析 顶、 底板及腹板受损面积略大于实、狈 4 结果。 参考 文献 谭晟_ 高等级公路桥梁空心板开裂原因分析研究【 D 成都： 西南 交通大学 ， 2 0 0 8 【 2 金玉泉 桥梁的病害及灾害【 D 上海： 同济大学， 2 0 0 6 【 3 黄颖 混凝土板桥病害原因分析及加固方法研究 D I 西安： 长安 大学 ， 2 0 0 5 4 】 张劲泉 ， 王文涛 桥梁检测与加固手册【 M 】 北京 ： 人民交通出版 社 ， 2 0 0 7 【 5 】 A n i l K C h o p r a 结构动力学理论及其在地震工程中的应用【 M 】 北 京： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 3 月第 3 期 城 市道桥 与防洪 管理施工 1 4 1 3 预应力钢束的布置 悬臂浇筑主要是纵向预应力筋受力，钢束的 布置形式主要有顶板束、 腹板束 、 底板束。其注意 要点有以下几条 ： ( 1 ) 应满 足结构 的构造要求 ， 即是桥梁结构普 通钢筋的配置 。 ( 2 ) 对于连续箱梁 ， 支点处负弯矩要 比跨 中正 弯矩大得 多 ， 因此要首先保证支点处 的钢束数量 ， 另外对于变截面梁 ， 跨中截面较小， 要满足梁体受 力要求 ， 钢束配置数量也较大。 ( 3 ) 注意钢束平、 竖弯 曲线的配合 ， 钢束布置 应尽量靠近腹板 ，有 时预应力钢束 的数量 已经 足 够 了， 但 是梁体受力还是不满足要求 ， 这 时就需要 调整钢束的位置 。综合考虑两个 因素才能保证 梁 体 的承载力满足要求的同时可避免材料的浪费 。 ( 4 ) 钢束的线形种类尽 可能少 ， 这样有 利于后 期 的计算和施工。 ( 5 ) 分层 布置时 ， 应使 钢束管 道上 下对齐 ， 利 于混凝土浇筑与振捣 。 ( 6 ) 顶板束的钢束尽量 靠近截面上缘 布置 ， 以 极大地发挥其力学效应 ，分层 布束应使长 束布置 在上层 ， 短束布置在下层 。在施工 阶段时 ， 先锚 固 的是短束 ， 后锚固的是长束 ； 底板束的长束应尽量 布置在下层。只有这样布置才不会相互冲突， 充分 发挥钢束 的力学效应 。 目前悬臂 浇筑预应力混凝 土连续梁桥 一般采 用 C 5 0 C 6 0高强度混凝 土 ，该桥 的混凝土标号采 用 C 5 0， 钢束采用 中 1 5 2 m m低松弛钢绞线 ， 标准 强度 = l 8 6 0 M P a ， 其钢束布置见图 2 所示。 4 图 2 桥梁 1 ， 2节段 模型和钢 束布置 图 目前 的国内施工水平 ，挂篮的最大承载力只 有 2 0 0 0 k N，所 以根据 承受极 限节段长度不宜超 过 5 m。 悬臂施工 的墩顶段零号块一般采用支架施 工 ， 然后在零号块两侧 拼装移 动式挂篮并 固定好 ， 接着在挂篮悬 吊着 的模板上布置预应力筋与普通 钢筋并浇筑混凝土 ， 待混凝土达到规定强度后施加 预应力 ， 后在管道 内压浆 ， 再将挂篮移动到下一节 段。 这样不断重复作业， 直到合龙为止。 根据实际施 工工况可对该桥进行单元节段划分 ， 该桥零号块长 度为 6 0 m， 须加密处 理划分成 小单元 ， 该 桥设置 为 1 2 0 5 m和 41 5 m； 跨 中合龙段为 3 0 m， 划分 成两个单元 ；边跨桥 台处有支架现浇段 5 0 m， 按 2 0 m+ 3 0 m 和 0 5 m+ 0 5 m+ 3 5 m + 0 5 m两种方 式划分 ， 现浇段最后与挂篮浇筑段合龙， 边跨合龙 段为 3 0 m； 其他节段有两种节段分别为 3 0 m和 3 5 m， 都在挂篮长度范围内。 箱梁的三维模型见 图 3所示 。 图 3 箱梁三维模 型 总之 ， 在桥梁 总长度 、 边跨 比、 全 桥预应力筋 配置及施工 阶段模拟相 同的前提下 ，只变动了零 号块及边跨现浇段 的加密单元 的长度 ，而其总长 度不变 ， 可建立两种模 型 ， 模 型总体单元数分别 为 7 6和 9 6个 。鉴于两 种模 型下进行结构安全性 验 算，现对承载能力极限状态基本组合正截面强度 验算进行对 比( 见图 4、 图 5 ) 。 图 4 全桥 为 7 6个单元 的承 载力极 限状 态计算结 果图示 图 5 全桥 为 9 6个 单元的承 载力极 限状态计算结果 图示 内力计算结果 显示 ， 7 6个 单元模 型的桥梁在 1 3 2 5单元及 5 1 6 6单元两个梁段的结构抗力不 满足要求， 而全桥为 9 6 个单元的模型计算结果显 示所有的单 元结构抗力 ，以及受压 区高度都满足 要求。 这是为什么呢? 从内力图可以看出在零号块 位置 内力区别 明显 ，图 4的零号块加密单元长度 为 1 5 m ， 区间内力变化不明显， 图 5 相同位置处加 密单元长度为 0 5 m，内力发生 了急剧 的变化 ， 这 就说明在关键部分单元加得越密， 精度越高， 软件 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 2 管理施工 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 3 月第 3 期 计算结果可靠度越接近桥梁的实体的受力状况。 当然加密也有个限度， 经过笔者计算， 加密单元在 小于 0 5 m的情况下， 其内力计算结果几乎没有明 显变化，关键部位加得越密，其单元数量相应增 加 ， 且其内力计算的前处理， 以及后处理的工作量 也大大增加， 所以没有必要徒增工作量。 5 边界条件的要点 除了设置永久支座外， 在前期施工阶段需安装 临时支座 ，特别注意在安装永久 支座时需拆 除临 时支座。如该桥在零号块位置和边跨支座位置都 设置 了临时支座 ，另外连续梁桥必须在每联 的梁 体上设 置一个 固定支座 。 6 全局挂篮编组的注意要点 对 于一般 的悬臂浇筑施工都 采用后支点挂 篮 的类型施工 ，挂篮本身结构一般都是超静定的钢 桁架结构 ， 因此在编辑单元时应标注成钢构件。挂 篮单元 的模拟应与实 际尺寸一致。在施 工阶段输 入时要注意挂篮的安装和拆除 。挂篮要随着施 工 节段移动。挂篮施工完毕后 ， 需添加单独的拆除挂 篮的阶段。这样挂篮效应不会带到使用阶段重力 效应当中。该桥采用了四个挂篮两边对称施工。 7 结语 预应力混凝土连续梁桥具有结构刚度好 ， 变形 小， 伸缩缝少， 行车平顺舒适， 抗震能力强， 养护简 单等优点。而悬臂浇筑挂篮施工使得连续梁桥的 灵活性和优越性发挥到 了极致 ，跨径 的布置可大 可小 ， 不需要大量施工机械 和临时设施 ， 不影 响桥 下通航 、 通车 。因此我 国的悬臂浇筑预应力混凝土 连续梁桥发展如雨后春笋。但是此类型的桥梁要 满足结构的安全和使用上的要求，设计人员就必 须首先准确模 拟施工工况建模 ，以及边 界条件设 置 ， 然后才能通过桥梁的结构安全性验算。 参 考文献 1 】 朱尔玉、 刘磊 现代桥梁预应力结构 M 】 北京 ： 清华大学出版社 ， 2 O 1 2 2 】 李继 业 桥涵工程设 计与实例 M 北京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 1 1 3 】 张继尧、 王昌将 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥 M 北京： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 5 4 】 徐 岳 预应力 混凝土 连续梁 桥设计 M】 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 5 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范【s 6 】 胡宗浩 ， 李小刚 黄墩大桥主梁悬臂浇注施工中的挂篮设计与 分析 【 J 中外公路 ， 2 0 1 0 ， 3 O ( 4 ) 7 王 月胜 预 应力混凝 土连续箱 梁桥施工控 制研究 和温度效应 分 析 D 2 0 1 0 ( 上接第 1 3 6页) 件与上述方法和要求相同， 见图 2 。 上节段钢筋 图2 桥墩( 台) 模板错缝搭接施工示意图 3 结语 浇筑桥墩 ( 台) 混凝土施工工艺很成熟 ， 但往往 细部施工环节尤其是高桥墩接缝施工未引起重视 ， 给桥梁特别是城市桥梁外观质量留下缺 感。在把控 桥梁建设工程实体质量 ， 协调桥梁周边环境 ， 形成桥 梁整体工程质量时，结构本身的外观质量同样显得 非常重要 ， 重视和改进高桥墩( 台) 细部施工环节的 操作， 就可以取得事半功倍的效果。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m