梁拱組合橋施工過程中的應(yīng)力響應(yīng)及線形影響分析

梁拱組合橋施工過程中的應(yīng)力響應(yīng)及線形影響分析

該橋的設(shè)計(jì)和建造方法相對復(fù)雜，施工過程中有許多不確定因素，橋梁工程的剛性和線性控制變得困難。連續(xù)梁拱組合橋施工監(jiān)控的目的是確保連續(xù)梁拱組合橋線形與設(shè)計(jì)要求一致、內(nèi)力變化合理以及結(jié)構(gòu)受力安全。目前，橋梁監(jiān)控越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，主梁變形和橋梁性能的監(jiān)測研究較多，歐進(jìn)萍目前，關(guān)于梁拱組合橋施工監(jiān)控的研究主要集中體現(xiàn)在監(jiān)控方法及參數(shù)識別等領(lǐng)域，胡蒙1工程概論和有限預(yù)算建模1.1主梁鋼桁架施工所依托橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)采用鋼桁架拱和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁組合的形式，跨徑為55m+90m+90m+55m。主梁為單箱雙室變截面箱梁，主梁梁高從0號塊外75cm范圍內(nèi)按照二次拋物線變化；頂板厚度30cm；底板厚度30～80cm。主梁0號塊長12m，合龍段長2m。主梁有11個(gè)懸臂現(xiàn)澆節(jié)段，邊跨現(xiàn)澆段長9m，采用懸臂澆筑法施工。鋼桁架采用連續(xù)鋼桁拱形式。主桁高度為6.0m，寬度為15.0m，節(jié)間長度為5.0m。1.2預(yù)應(yīng)力鋼束結(jié)構(gòu)模型采用MIDAS/FEA有限元分析軟件建立連續(xù)梁拱組合橋的空間桿系單元模型，見圖1。分別采用變截面梁單元、等截面梁單元和只受拉的桁架單元模擬預(yù)應(yīng)力混凝土主梁、鋼桁架和吊桿?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束主要有腹板束、頂板束和合龍束?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束型號分別為ue7882．橋梁抗拉受力分析橋梁采用現(xiàn)澆施工，施工臨時(shí)荷載具有不確定性，可通過調(diào)整混凝土自重荷載的方法進(jìn)行模擬分析其與設(shè)計(jì)值的偏差，而混凝土自重變化直接影響橋梁的受力和線形(1）當(dāng)橋梁自重與設(shè)計(jì)值有±5%偏差時(shí)，橋梁在最大懸臂階段和成橋階段橋梁自重偏差對主梁撓度的影響見圖2。由圖2可知，橋梁在最大懸臂階段和成橋階段時(shí)，當(dāng)橋梁自重比設(shè)計(jì)值增加5%時(shí)，橋梁豎向撓度減?。划?dāng)橋梁自重比設(shè)計(jì)值減小5%時(shí)，橋梁豎向撓度增大。當(dāng)橋梁自重比設(shè)計(jì)值增加5%時(shí)，橋梁處于最大懸臂階段時(shí)，在所有主梁塊件中，主梁8號塊的豎向撓度減小量最大，為3.7mm，為設(shè)計(jì)撓度值的21%；橋梁在成橋狀態(tài)階段時(shí)，在所有主梁塊件中，中跨跨中附近處豎向撓度減小量最大，為4.5mm，為設(shè)計(jì)撓度值的14%。由此可知，橋梁自重偏差對連續(xù)梁拱組合橋線形控制十分重要。(2）橋梁在最大懸臂階段，橋梁自重偏差對主梁頂板和主梁底板應(yīng)力的影響見圖3。由圖3可知，橋梁在最大懸臂階段，當(dāng)橋梁自重比設(shè)計(jì)值大5%時(shí)，主梁頂板壓應(yīng)力小于設(shè)計(jì)主梁頂板壓應(yīng)力，底板壓應(yīng)力大于設(shè)計(jì)底板壓應(yīng)力，在所有主梁塊件中，主梁1號塊附近主梁應(yīng)力差異最大，主梁頂板壓應(yīng)力減小0.81MPa，底板壓應(yīng)力增大0.77MPa。(3）橋梁處于成橋狀態(tài)時(shí)，連續(xù)梁拱組合橋結(jié)構(gòu)自重偏差對主梁頂板應(yīng)力和主梁底板應(yīng)力的影響見圖4。由圖4可知，在成橋狀態(tài)下，當(dāng)橋梁自重比設(shè)計(jì)值大5%時(shí)，主梁頂板壓應(yīng)力比設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減小，主梁底板壓應(yīng)力比設(shè)計(jì)壓應(yīng)力增大。在所有主梁塊件中，中墩附近主梁頂板壓應(yīng)力減小量最大，減小了0.8MPa；主梁底板壓應(yīng)力增加量最大，增加了0.77MPa。因此，橋梁自重偏差對施工階段的主梁應(yīng)力影響較大。3預(yù)應(yīng)力誤差對梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的影響在連續(xù)梁拱組合橋主梁懸臂施工過程中，由于預(yù)應(yīng)力張拉工藝、工人技術(shù)水平、穩(wěn)壓時(shí)間等不確定因素，實(shí)際預(yù)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值會存在一定的誤差。由于橋梁自重原因會使主梁產(chǎn)生向下?lián)隙?，預(yù)應(yīng)力張拉對主梁產(chǎn)生的壓力會使主梁產(chǎn)生向上位移，預(yù)應(yīng)力作用對主梁應(yīng)力、線形控制都十分重要張拉預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)文件中的預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序，使張拉控制應(yīng)力值逐步達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力，即1339MPa。然而預(yù)應(yīng)力鋼束在實(shí)際張拉過程中，會因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力束管道摩阻系數(shù)偏差、預(yù)應(yīng)力張拉儀器誤差和波紋管定位偏差等因素，造成實(shí)際預(yù)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值之間存在一定差別。實(shí)際預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力與設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力間的偏差，會對主梁的線形控制和橋梁受力產(chǎn)生不利影響。在有限元模型中通過設(shè)定不同的預(yù)應(yīng)力鋼束張拉值，來分析研究連續(xù)梁拱組合橋施工過程中預(yù)應(yīng)力偏差對橋梁線形控制和橋梁受力的影響。以主梁最大懸臂階段和成橋后1000d主梁的豎向撓度和主梁應(yīng)力為研究對象，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力受眾多原因共同影響，預(yù)應(yīng)力偏差分別取±20%和±10%共4種工況，預(yù)應(yīng)力參數(shù)見表1。(1）在不同預(yù)應(yīng)力張拉值作用下，梁拱組合橋在最大懸臂施工階段主梁撓度見圖5。橋梁在最大懸臂施工階段，預(yù)應(yīng)力對橋墩附近處的主梁撓度的影響相對較小，預(yù)應(yīng)力對懸臂端處撓度最大。當(dāng)預(yù)應(yīng)力小于設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力時(shí)，主梁向上撓度小于設(shè)計(jì)撓度；當(dāng)預(yù)應(yīng)力誤差達(dá)到-10%時(shí)，在所有主梁塊件中，邊跨8號塊懸臂端處主梁撓度與設(shè)計(jì)撓度差值最大，為4.7mm；當(dāng)預(yù)應(yīng)力誤差達(dá)到-20%時(shí)，最大差值為9.3mm。當(dāng)預(yù)應(yīng)力值大于設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力時(shí)，主梁向上撓度大于設(shè)計(jì)撓度。因此，在連續(xù)梁拱組合橋?qū)嶋H施工中應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力誤差，以免對橋梁線形控制產(chǎn)生不利影響。(2）連續(xù)梁拱組合橋在不同預(yù)應(yīng)力張拉值作用下，最大懸臂階段主梁頂板應(yīng)力和底板應(yīng)力見圖6。由圖6可知，在連續(xù)梁拱組合橋最大懸臂階段，預(yù)應(yīng)力誤差對不同主梁塊件應(yīng)力影響程度相差很大。預(yù)應(yīng)力誤差對懸臂端主梁塊件應(yīng)力影響較小，對0號塊主梁應(yīng)力影響較大。從主梁懸臂端到主梁0號塊，預(yù)應(yīng)力誤差對主梁應(yīng)力影響程度逐漸增大。此外，預(yù)應(yīng)力誤差對主梁頂板應(yīng)力的影響比對底板應(yīng)力的影響更大。(3）連續(xù)梁拱組合橋在成橋階段，預(yù)應(yīng)力誤差對主梁撓度、頂板應(yīng)力及底板應(yīng)力的影響見圖7和圖8。由圖7可知，連續(xù)梁拱組合橋在成橋階段，預(yù)應(yīng)力誤差對主梁撓度的影響十分明顯，在橋梁中跨跨中處預(yù)應(yīng)力誤差對主梁撓度的影響最大。預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-10%時(shí)，在所有主梁塊件中，中跨8號塊處主梁撓度差值最大，為11.9mm；預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-20%時(shí)，中跨8號塊處撓度差值為19.3mm。由圖8(a）可知，全橋處于成橋階段時(shí)，在所有主梁塊件中，預(yù)應(yīng)力誤差對主梁頂板應(yīng)力的影響在中墩0號塊附近最大，預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-10%時(shí)，0號塊附近頂板壓應(yīng)力差值為1.8MPa；預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-20%時(shí)，0號塊附近主梁頂板壓應(yīng)力差值為3.9MPa。由圖8(b）可知，預(yù)應(yīng)力誤差對不同主梁塊件應(yīng)力影響程度相差很大，靠近橋墩的主梁底板壓應(yīng)力隨預(yù)應(yīng)力的減小而不斷增大；跨中主梁底板壓應(yīng)力隨著預(yù)應(yīng)力值的減小而不斷減小，中跨跨中主梁底板壓應(yīng)力減小值比邊跨跨中主梁底板壓應(yīng)力減小值大。預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-10%時(shí)，跨中截面主梁底板壓應(yīng)力比設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減小了1.5MPa；預(yù)應(yīng)力誤差值為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的-20%時(shí)，跨中截面主梁底板壓應(yīng)力比設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減小了2.7MPa。由此可知，預(yù)應(yīng)力誤差對連續(xù)梁拱組合橋的受力影響較大。綜上所述，預(yù)應(yīng)力誤差對連續(xù)梁拱組合橋線形控制和橋梁應(yīng)力影響顯著，連續(xù)梁拱組合橋預(yù)應(yīng)力施工過程中應(yīng)盡量減小預(yù)應(yīng)力誤差。預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)使用張拉力控制和張拉伸長量控制的雙控方法，并且以張拉力控制為主，以預(yù)應(yīng)力鋼絞線的伸長量為輔進(jìn)行校核。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)測伸長量與計(jì)算伸長量相差過大時(shí)應(yīng)停止預(yù)應(yīng)力張拉，查找引起預(yù)應(yīng)力偏差的原因。4結(jié)構(gòu)荷載誤差本文結(jié)合工程實(shí)例研究連續(xù)梁拱組合橋施工階段力學(xué)性能敏感性，主要結(jié)論如下。(1）橋梁自重超過設(shè)計(jì)值時(shí)，最大懸臂階段梁端和成橋階段中跨跨中附近的撓度均降低，當(dāng)超過5%時(shí)，撓度減小量分別為3.7mm、4.5mm。最大懸臂階段的主梁1號塊附近和成橋狀態(tài)下橋墩附近主梁截面頂板壓應(yīng)力減小，底板壓應(yīng)力增大，當(dāng)增大5%時(shí)，頂板壓應(yīng)力均減小0.8MPa，底板壓應(yīng)力均增大0.77MPa。(2）預(yù)應(yīng)力誤差對主梁撓度的影響較大。當(dāng)預(yù)應(yīng)力誤差