悬浇桥梁不同龄期T构合拢对桥梁性能的影响研究VIP

.悬浇桥梁不同龄期T构合拢对桥梁性能的影响研究刘晓波（中铁九局集团勘察设计院，沈阳 110013）摘 要：悬浇连续梁桥施工时，有不同龄期的两个T构合拢，会造成运营后桥梁的应力偏离理想状态，为研究具有不同龄期的两个T构合拢下，桥梁应力的变化规律，采用有限元方法建立了连续梁桥的杆系分析模型，以大北关街公铁立交桥为例，对3种情况下，不同龄期差的T构合拢后成桥应力状态进行分析，确定出施工时T构各节段浇筑不同步的允许范围，有助于完善悬浇桥梁的施工控制。关键词：悬浇连续梁；收缩徐变；混凝土龄期；1 前言悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥作为无支架施工有利于通航河流建桥、深山峡谷建桥和城市立交建桥。随着大跨径连续梁桥的设计和施工水平日益成熟，悬臂浇筑法的应用范围也越来越广泛，悬臂浇筑的连续梁，都要经过悬臂静定结构（T构）向多跨固端梁的超静定结构转换才能合拢成桥。在结构设计时，一般均假定各个T构同时浇筑，合拢时各T构的混凝土龄期相同。但是在施工时，由于混凝土供应、施工进度滞后、施工场地制约等各种原因，容易发生各个T构浇筑时间不同步的情况，在合拢时造成各个T构混凝土的龄期不同；由于混凝土的收缩徐变，引起成桥后桥梁内力及位移的差异，对结构的安全性和经济性影响较大。以沈阳市大北关街36+54+36m预应力混凝土连续梁桥为工程实例，采用有限元程序对不同龄期的T构合拢进行计算比较，分析了成桥运营后桥梁结构应力的变化规律，确定了悬浇施工时各节段浇筑不同步的允许范围，其结论可供同类的桥梁工程进行参考。2工程概况沈阳市大北关街立交桥工程，位于沈阳市大东区东北大马路西端，大北关街北端，跨越新开河、沈吉上行线、沈吉下行线及新北热电厂专用线铁路。上跨桥（主桥部分）为36+54+36m变截面悬浇连续箱型梁桥，全长126m，主桥边跨与中跨分别跨越铁路和新开河。桥梁全宽25m，双向六车道，机动车专用道路。主桥中支点下部结构采用板式墩，边支点下部结构采用柱式桥墩，基础均采用钻孔灌注桩基础。桥梁布置见图2.1.1。 图2.1.1 立交桥布置图2.1 设计标准及主要技术指标如下：（1）计算车速：60km/h（城市级主干路）（2）荷载标准：公路-级（3）设计车道数：双向六车道（4）桥梁设计安全等级：一级2.2 主梁构造主桥采用36+54+36m单箱三室变截面预应力混凝土连续箱梁，顶板宽25.0m，厚0.28m，底板宽17.0m，厚0.30.8m；箱梁采用直腹板，腹板水平向厚度0.5m0.8m，悬臂长4.0m，中支点处梁高3.5m，跨中及边支点处梁高2.1m。支座及中跨跨中处设置横隔板，中支点横隔板厚2.5m，边支点横隔板厚1.6m，中跨跨中横隔板厚0.5m。桥梁跨中和支点截面尺寸见图2.2.1。图2.2.1 跨中和支点截面2.3 预应力体系主梁按全预应力构件设计，设有纵向及横向预应力，纵向及横向预应力均采用s 15.24钢绞线，纵向预应力布置在顶、底板及腹板内，横向预应力布置在顶板及横隔板内。3 结构计算3. 1主要计算参数体系整体均匀升温34、整体均匀降温48。温度梯度：桥面板升温：桥面板顶缘14，距顶板100mm处5.5，距顶板400mm处0；桥面板降温：桥面板顶缘-7，距顶板100mm处-2.75，距顶板400mm处0。桥梁基础沉降按10mm考虑。设计时按其最不利情况进行组合。预应力筋回缩和锚具变形按6mm考虑。管道摩擦系数：0.17；管道偏差系数：0.0015；3.2结构计算主桥采用挂篮悬浇施工，采用桥梁博士3.2进行结构计算，按全预应力混凝土构件设计。施工工艺流程为：下部结构施工完成后，利用支架浇筑0号块，采用挂篮分节悬臂浇筑箱梁，并张拉梁段内相应的预应力钢绞线，最后进行桥面施工。按此流程共划分为27个施工阶段和1个运营阶段，逐阶段计算结构各截面内力、应力和位移。按照对应的施工节段，模型主梁单元划分为49个节点，48个单元；主梁截面尺寸与施工图各截面尺寸相对应；支座节点放置在实际位置。结构有限元单元划分见图3.2.1。设计采用挂篮的技术数据为：空挂篮重100t（含模板），挂篮支点间距3.5m，挂篮有足够的刚度。计算效应包括：结构自重、预应力的加载，混凝土不同龄期的收缩和徐变，以及施工荷载等影响。在成桥运营阶段，考虑了汽车荷载（包括冲击力）、支座沉降、温度力等作用与影响。其中温度计算，考虑了体系升降温，桥面板温度梯度等。 图3.2.1结构有限元单元划分3.3主梁主要计算结果根据一般的设计方法，按照理想状况下进行对称浇筑、各T构龄期相同进行施工模拟。在作用短期效应组合作用下，各控制截面中的抗裂正应力计算结果见表3.1.1。表3.3.1 对称同步浇筑的抗裂应力支点应力中跨跨中应力T构龄期相差时间上缘（Mpa）下缘（Mpa）上缘（Mpa）下缘（Mpa）0天（对称浇筑）0.00114.550.5551.234 不同龄期T构合拢情况下的结构计算4.1 施工工况模拟考虑实际施工导致合拢时T构混凝土龄期不同的可能情况，考虑如下3种典型的施工情况进行施工模拟，建立相应的有限元模型计算。情况1：从0#块浇筑不同步，导致T构龄期差；情况2：从4#块浇筑不同步，导致T构龄期差；情况3：从7#块浇筑不同步，导致T构龄期差；4.2计算结果（1）0#块截面抗裂应力从0#块开始混凝土浇筑不同步，导致两侧T构混凝土龄期分别相差5天、20天、1个月、半年、1年、3年、6年、10年，分别建立各种施工过程分析，计算成桥后结构的各截面抗裂应力。其计算结果见表4.2.1。表4.2.1 0#块龄期不同的抗裂应力支点应力中跨跨中应力T构龄期相差时间上缘（Mpa）下缘（Mpa）上缘（Mpa）下缘（Mpa）5天0.06114.490.5571.2220天0.14.490.5591.211个月0.1224.490.5611.21半年0.2684.470.5721.21年0.3444.450.5791.193年0.4644.430.5911.176年0.5224.410.5951.1710年0.5484.40.5981.16（2）4#块截面抗裂应力从4#块开始混凝土浇筑不同步，导致两侧T构混凝土龄期分别相差5天、20天、1个月、半年、1年、3年、6年、10年，分别建立各种施工过程分析，计算成桥后结构各截面抗裂应力。其计算结果见表4.2.2。表4.2.2 4#块龄期不同的抗裂应力支点中跨跨中T构龄期相差时间上缘（Mpa）下缘（Mpa）上缘（Mpa）下缘（Mpa）5天-0.0074.540.5821.1820天0.03044.520.6271.131个月0.04584.510.6421.11半年0.1694.440.770.9421年0.2574.380.8610.8263年0.4284.241.040.5956年0.4874.191.120.49510年0.4874.171.140.466（3）7#块截面抗裂应力从形成最大T构状态的7#块浇筑不同步，导致两侧T构混凝土龄期分别相差5天、20天、1个月、半年、1年、3年、6年、10年，分别建立各种施工过程分析，计算成桥后结构各截面抗裂应力。其计算结果见表4.2.3。表4.2.3 7#块龄期不同的抗裂应力支点中跨跨中T构龄期相差时间上缘（Mpa）下缘（Mpa）上缘（Mpa）下缘（Mpa）5天0.03944.50.5481.2320天0.05374.480.5961.171个月0.06364.470.6261.13半年0.1394.40.8250.8721年0.2034.3310.6473年0.3364.181.40.1376年0.3714.111.56-0.075710年0.3524.091.61-0.133从以上的计算结果可以看出，不同情况下由于T构龄期不同所引起结构各截面应力变化趋势大致相同，均是截面上缘的抗裂应力增加，截面下缘的抗裂应力减少，但不同位置变化的幅度不一样，其中，支点截面处，上缘抗裂应力增加最多，中跨跨中截面处，下缘抗裂应力减少的最多。对于支点截面，结构的内力变化朝着对抗裂有利的方向发展，对于跨中截面，结构的内力变化则朝着对抗裂不利的方向发展。支点截面上缘和跨中截面下缘抗裂应力的变化趋势分别见图4.2.1和图4.2.2。 图4.2.1支点截面上缘抗裂应力变化图 图4.2.2跨中截面下缘抗裂应力变化图由计算结果还可以看出，只要各个节段的混凝土浇筑时间偏差在20天之内，即合拢时两侧T构的混凝土龄期相差不超过20天，对成桥运营后桥梁结构内力及位移的影响较小，在5%以内，因此，在悬浇桥梁施工时，应该尽量保证各对应节段的混凝土龄期相差不超过20