鋼管混凝土柔性系桿拱橋施工應(yīng)力監(jiān)測分析

鋼管混凝土柔性系桿拱橋施工應(yīng)力監(jiān)測分析

該臂的內(nèi)固定和外固定結(jié)構(gòu)體系由預(yù)制混凝土支撐的簡單支臂拱橋組成。因在不同的施工階段,要不斷地張拉系桿對拱肋進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整,所以通常要對橋梁進(jìn)行施工監(jiān)測,其中拱肋的應(yīng)力監(jiān)測是其重要組成部分。本文以煙臺養(yǎng)馬島大橋為例,闡述其主孔鋼管混凝土拱肋應(yīng)力監(jiān)測的主要內(nèi)容和方法,并對應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析。1結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計煙臺養(yǎng)馬島大橋主孔為下承式鋼管混凝土柔性系桿簡支拱(圖1)?？鐝?00m,拱軸線采用二次拋物線,矢高19.1m,矢跨比1/5,吊桿間距5.9m。拱肋采用高度為3.0m、圓管直徑1.2m的啞鈴形截面形式(圖2)。橋面為懸浮體系,橫梁由吊桿吊于拱肋上,縱向槽形板連于橫梁上。橫橋向共設(shè)5道加勁小縱梁,加勁小縱梁與中橫梁固接、兩端簡支在拱腳端橫梁和拱腳上。整孔設(shè)置中橫梁15道,端橫梁2道。每片拱肋處各設(shè)一根系桿,每根系桿設(shè)6束37-7?5的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(圖3),采用HVM的成品系桿。整孔設(shè)置15對吊桿,吊桿規(guī)格采用127?7的高強(qiáng)度低松弛鋼絲,吊桿、橫梁編號如圖1。拱肋間設(shè)一字形橫撐、四道K形橫撐,橫撐及斜撐采用不填充混凝土的空鋼管。下部結(jié)構(gòu)為雙圓柱橋墩,直徑為4.0m,樁基按柱樁設(shè)計,橋墩基礎(chǔ)為群樁,樁徑?=1.5m。設(shè)計荷載為汽車—超20級、掛車—120。2混凝土與鋼管拱肋聯(lián)合灌注主孔上部結(jié)構(gòu)劃分為9個施工階段(見表1)。拱肋混凝土的灌注順序為腹腔→下管→上管,混凝土在達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度以前不參與受力,而是作為恒載施加于空鋼管拱肋,當(dāng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,與鋼管組成聯(lián)合截面共同參與受力。3拱頂疲勞監(jiān)測剖面和測量點的配置3.1監(jiān)測截面布置煙臺養(yǎng)馬島大橋為南北走向,西拱肋的應(yīng)力監(jiān)測截面布置如圖4所示,東拱肋設(shè)1#,3#,5#,6#,7#監(jiān)測截面。應(yīng)力監(jiān)測以西拱肋為主,東拱肋起校核作用。3.2鋼應(yīng)變傳感器和zx-122型鋼應(yīng)變計算應(yīng)力監(jiān)測包括鋼管表面應(yīng)力和混凝土應(yīng)力兩部分,分別采用表面粘貼式鋼應(yīng)變傳感器和ZX-212型鋼弦式應(yīng)變計。應(yīng)力測點在截面上的布置如圖4所示,位置1至位置4分別為上鋼管上緣、上鋼管混凝土上緣、下鋼管混凝土下緣、下鋼管下緣。3.3施工階段cs2開始前該橋拱肋的拼裝及鋼管內(nèi)混凝土灌注均是在滿堂支架上完成的,此時拱肋受力較小,混凝土灌注前預(yù)埋在鋼管內(nèi)的混凝土應(yīng)力測點讀數(shù)穩(wěn)定性較差,因而將觀測的起點選擇在拱肋混凝土灌注完畢、拱肋脫架前,即施工階段CS2開始前。在每個施工階段前后各測試一次,相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)分別記為σi-1、σi,前后兩次應(yīng)力的差值Δσ即為該施工階段荷載作用下拱肋的應(yīng)力變化,則某一施工階段完了時拱肋的應(yīng)力狀態(tài)可表示為σi=σi-1+Δσ。4對電壓監(jiān)測結(jié)果的分析4.1鋼管與混凝土組合截面西拱肋各個監(jiān)測截面的正應(yīng)力隨施工階段的變化分別見圖5～圖7。各個監(jiān)測截面的應(yīng)力變化具有如下規(guī)律:1)隨著施工的進(jìn)行,測點的應(yīng)力由受拉狀態(tài)向受壓狀態(tài)變化,至施工完了時,絕大部分截面測點的應(yīng)力均為負(fù)值(受壓),只有右拱腳截面除外。2)在左拱腳、1/4跨以及3/4跨截面,混凝土應(yīng)力曲線處于上、下鋼管應(yīng)力曲線之間,呈現(xiàn)出近似的偏心受壓構(gòu)件的特點。而對于其它截面而言,同一施工階段,各測點應(yīng)力數(shù)值均為負(fù),且混凝土應(yīng)力曲線位于上、下鋼管應(yīng)力曲線之外,并不符合偏心受壓的特點。表明鋼管與混凝土兩種不同材料并不完全共同工作,它們之間因無法有效緊密結(jié)合而產(chǎn)生相對滑移變形,這也說明設(shè)計中采用的鋼管與混凝土構(gòu)成組合截面而遵循平截面假定的計算方法是偏于安全的做法。3)在整個施工過程中,混凝土一般處于受壓狀態(tài),個別截面在某個施工階段出現(xiàn)了拉應(yīng)力,但其數(shù)值小于混凝土的抗拉設(shè)計強(qiáng)度。施工中鋼管產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力為59.1MPa,最大拉應(yīng)力為15.9MPa,均未超出規(guī)范要求的限值。4.2鋼管測點應(yīng)力值的比較東、西兩側(cè)拱肋應(yīng)力在數(shù)值上較為接近,變化規(guī)律也較為相似。限于篇幅,這里僅列出兩側(cè)拱肋相同位置截面的鋼管測點的應(yīng)力比較,如表2所列。由表2可以看出,在同一施工階段,兩側(cè)拱肋應(yīng)力數(shù)值較為接近,西拱肋應(yīng)力與東拱肋應(yīng)力的比值介于0.7～1.3之間,說明兩側(cè)拱肋受力較為均勻,這也反映出該橋的施工工序遵循了均勻、對稱的原則。5鋼管與混凝土的協(xié)調(diào)變形在養(yǎng)馬島大橋主孔柔性系桿鋼管混凝土拱橋施工過程中,拱肋截面應(yīng)力分布并不完全符合偏心受壓構(gòu)件的特點,設(shè)計計算中采取的鋼管與混凝土協(xié)調(diào)變形的假設(shè)是偏于安全的做法。各個施工階段的拱肋混凝土應(yīng)力和鋼管應(yīng)力均未超出規(guī)范的限值,拱肋混