預應力混凝土梁式橋掛籃施工工期可靠性分析

1、第23卷 第1期 鄭州鐵路職業(yè)技術學院學報 V o.l 23 N o .1 2011年3月 Journa l o f Zhengzhou R a il way V ocati ona l&T echn ical Co llege M ar .2011 收稿日期:2010-12-24作者簡介:常海亮(1983-,男,甘肅通渭人,陜西鐵路工程職業(yè)技術學院助教。預應力混凝土梁式橋掛籃施工工期可靠性分析常海亮(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院 陜西渭南 730000摘 要:根據施工期預應力混凝土剛構-連續(xù)組合梁橋懸臂施工的特點,建立了懸臂施工中結構抗力和荷載效應概率模型,應用一次二階矩法對跨廣珠西線特

2、大橋進行可靠性分析,建立了橋梁結構懸臂施工期結構不同失效模式下的功能函數,為制定合理的施工措施提供參考。關鍵詞:剛構-連續(xù)組合梁橋;施工期;可靠性分析;預應力混凝土 近年來橋梁坍塌事故不斷發(fā)生,其中施工建造過程中發(fā)生的事故占有相當大的比例。據不完全統(tǒng)計,在近十年發(fā)生的橋梁倒塌事故約2/3以上發(fā)生在施工過程中。大跨度橋梁施工經常采用掛籃對稱懸臂施工,但隨懸臂長度增大,施工風險也隨之增大。在懸臂施工時,任一時刻的荷載都是由已澆筑的砼梁段與掛籃承擔的。該方法施工的結構可靠性涉及到兩個不同的系統(tǒng):模板、掛籃及其支架和鋼筋混凝土本身,模板及其支架的可靠性,影響著施工期鋼筋混凝土結構的可靠性。1 懸臂施工

3、結構的施工期可靠性分析懸臂澆筑的剛構 連續(xù)組合梁橋是結構隨澆筑梁段增加而逐步 生長 的過程,其中任意時刻的施工恒載、施工活載、風載也在逐步增大的,結構的抗力也隨時間而變化。據調查:在最大懸臂狀態(tài)和澆注最后一塊梁段的時候結構的質量事故發(fā)生率比較高。其原因主要是:正在懸臂澆注最后一塊梁段時,雖然會避開異常大風,但是此時不平衡荷載偏差最大;最大懸臂狀態(tài)時,不僅結構受力最不利,而且有可能會出現大風天氣。在此時容易造成結構構件(甚至整個結構發(fā)生質量事故,如結構裂縫、混凝土壓碎、過大變形甚至倒塌等。2 工程背景本論文以跨廣珠西線特大橋為工程背景,跨廣珠西線特大橋橋孔布置為34.955+2 66.5+57.

4、5+40.045,主梁施工采用掛籃(掛籃重55t 對稱懸澆施工,施工中懸臂最長為33.25m 。主梁混凝土采用C55高性能砼,普通鋼筋為 級鋼筋,縱向和橫向預應力采用 j15.24鋼絞線。梁段截面幾何尺寸如下圖1所示。剛構 連續(xù)組合梁橋懸臂施工荷載效應(彎矩主要在懸臂施工中最后一個梁段澆筑混凝土階段時即最大懸臂施工階段(圖2所示,也就是8號梁段澆筑混凝土進行施工期的可靠性分析。2.1 結構抗力計算截面的抗力按 鐵路橋涵設計規(guī)范 進行計算:R K =R a bx (h 0-x /2+R 'g A 'g (h 0-a 'g + 'ys A 'y 24(h0-

5、a'y得:R K=23.1 11600 1600 (4568-1600+ 210 1059.75+976.5 140 30 (4568-550=167058.3kN mR=1.2262R K=203188.4kN mR=0.1414R K=23430.8kN mR= R/ R=0.11532.2 計算構件可靠度最大懸臂施工階段墩頂彎矩功能函數為:Z=R-S利用驗算點法計算墩頂截面的可靠度。R*(t=243188.4kN mG*(t=125345.3kN mQ*(t=25069kN m對于抗力而言'R(t=R*(t1m(1+ 2R=24318.84 1n(1+0.11532=23

6、350.3'R(t=R*(t1-1nR*(t+1nR(t1n(1+ 2R0=609565.2計算的可靠度指標= 'R(t- G- 'Q(t 'R(t2+ 2G+ 'Q(t2=38.4利用自編程序循環(huán)計算幾次后可以得到 =8.41。為了進一步了解變量對可靠指標的影響程度,改變恒載變量的變異系數,其它變量的變異系數不變,依次取值0.1,0.15,1.2,0.25。對于每一變異系數,分別計算墩頂截面的可靠指標。表1 不同變異系數與可靠度指標對照表從上述分析結果中可以看出,跨廣珠西線特大橋懸臂施工至最大長度時,墩頂截面的可靠性指標比較大,說明失效概率比較小,說明

7、該結構在施工過程中是比較安全的。恒載的變異系數對結構的可靠性影響比較大,因此,在施工中應嚴格控制結構構件的尺寸,控制好混凝土構件的生產質量。抗力的表達式中包括材料性能參數和幾何參數,根據資料,幾何參數的不定性較小,因而其變異性對可靠指標影響很小。因此在這里忽略幾何參數的影響,考慮材料性能參數混凝土軸壓強度不定性變量k M h、鋼筋強度不定性變量k M g和計算模式不定性變量k p,負彎矩失效模式下構件實際抗力可表示為: R S=k p M=k pk M h (tR a bx(h0-x/2+k M g R'g A'g(h0-a'g+k M g ys A'y(h0-

8、a'y+R a(b i-bh i (h0-h i/2功能函數中不定性變量k p,k M h,k M g的統(tǒng)計參數根據交通部 公路橋梁可靠度研究 課題組發(fā)布的數據見下表:表2 不定性變量kp,kM h,kM g的統(tǒng)計參數變量平均值 標準值 變異系數kpkM hkM g本文根據一次二階矩法計算得到施工至8號梁段時,即懸臂施工至最長時負彎矩失效模式下各梁段的可靠性指標見下表。表3 負彎矩失效模式下各梁段的可靠指標梁段號1#2#3#4#5#6#7#8#3 結論橋梁結構在施工期進行可靠性分析是安全施工的重要措施。通過建立最大懸臂施工階段墩頂截面彎矩失效模式的功能函數,結果表明跨廣珠西線特大橋懸臂施工是安全的,也反映了鋼筋質量、混凝土原材料與配合比、預應力張拉精度對施工安全的影響。參考文獻1張建仁.公路工程結構可靠度理論及其應用M.北京:人民交通出版社,1995.靠性分析J.中南公路工程,2003,3.3佟曉利.鋼筋混凝土結構施工期可靠性研究D.大連:大連理工大學,199