悬臂施工周期对PC连续梁桥成桥后徐变效应的影响分析解读

/悬臂施工周期对PC连续梁桥成桥后徐变效应的影响分析章能1,江成1,章春柳2(1.安徽省安庆市迎江区市政工程管理处,安徽安庆,246000;2.安徽省池州市公路局东至分局,安徽池州,247100摘要:PC连续梁桥常接受悬臂浇注的方法施工。由于受各种因素的影响,使其节段施工的周期会存在确定差异,从而影响成桥后梁体的徐变效应。本文结合一座铁路连续梁桥的施工过程,通过有限元建模分析探讨了悬臂施工节段的施工周期对连续梁桥成桥后徐变效应的影响,得出对于连续梁施工具有参考意义的几点结论。关键词:连续梁桥;悬臂施工;施工周期;徐变效应中图分类号:U443.35文献标识码:A0引言接受悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥[1]成桥过程较为困难,施工期间各种因素的影响会使得内力和变形偏离设计值,为了探明施工周期对成桥后梁体徐变线形的影响,结合48+80+48m铁路PC连续梁桥的施工过程,以桥梁博士分析软件进行有限元模拟,探讨该类桥梁的悬臂施工中节段施工周期对成桥后徐变效应的影响。1分析原理徐变[2]是混凝土在确定的应力水平下,保持荷载不变,随着时间的持续而增加的变形。节段的施工周期主要影响的是悬臂施工中预应力混凝土的加载龄期,从理论而言,加载龄期越长、结构越致密、强度也越高,则相应的徐变也会越小。关于PC连续梁的徐变问题计算,目前有多种预料模型[3-4],本文混凝土徐变系数的计算公式接受现行铁路桥涵设计规范[5],2有限元分析2.1工程概况及有限元模型选择48+80+48m双线铁路连续梁桥进行实例分析,其主梁截面为单箱单室变截面箱梁,梁底下缘线按二次抛物线变更,梁体材料接受C50混凝土。梁全长177.3m,中跨跨中和边跨分别设9m、12.5m的等高段,边支座中心线至梁端0.65m,其立面、断面构造及施工节段的划分如图1,用桥梁博士以梁单元对主梁结构建立能反映施工工况及荷载作用的有限元[6]分析模型,如图2。中支点断面跨中断面(a48+8m+48m图1主梁构造及其施工节段划分图248+80+48m连续梁有限元分析模型2.2分析方案通过变更施工过程中悬臂状态的各节段的施工周期,以5天模拟由于抢工期施工周期最短的状况,以20天模拟不行抗力等因素造成的工期最长的状况,假设每一节段的施工周期分别为5天、10天、15天和20天,分别分析成桥后徐变效应的影响。3节段施工周期对成桥后徐变效应的影响假定徐变效应位移值用表示cl,单位为:10-2mm;阶段累计位移用∑表示,单位为:mm,徐变效应和累计效应的百分比用ω表示,单位:%。成桥后三年内各节点徐变效应如图3,各特征点徐变效应、累计效应,及徐变效应占累计效应比重见表1。(a成桥一年(b成桥两年(c成桥三年图348+80+48m主梁节段施工不同周期对成桥后几年徐变效应的对比成桥一年-1.00-0.500.000.501.001.502.002.503.003.504.004.50节点号徐变效应位移(mm成桥两年-1.000.001.002.003.004.005.00节点号徐变效应位移(mm成桥三年-1.000.001.002.003.004.005.00节点号徐变效应位移(mm表1中跨跨中节点徐变效应、累计效应、徐变效应及累计效应比值施工周期徐变一年徐变两年徐变三年cl∑ωcl∑ωcl∑ω5天3.966-1.771-223.9414.3161.470293.6053.6944.21887.57710天3.865-1.565-246.9654.2021.591264.1113.6004.27084.30915天3.786-1.383-273.7534.1041.701241.2703.5194.32081.45820天3.713-1.123-330.6324.0091.891212.0043.4384.45077.258从上图及表可以看出成桥后徐变效应主要影响中跨,对边跨影响不明显。从图3可以看出成桥一年,中跨跨中最大徐变位移值随时间延长依次削减了2.5%、2.0%、1.9%;中跨靠近支座处均有部分节点出现了负的位移,其确定最大值依次为0.4mm、0.4mm、0.4mm。边跨跨中最大徐变效应位移值对应不同周期依次为0.081mm、0.064mm、0.051mm、0.037mm,可见随施工周期延长,边跨徐变效应位移也不断减小,另外边跨徐变效应位移值远远小于中跨。成桥后其次年,对应不同施工周期中跨最大徐变效应位移值分别为:4.3mm、4.2mm、4.1mm和4.0mm,随时间延长依次削减2.6%、2.3%和2.3%,和第一年变更范围相类似;中跨靠近支座处的部分节点照旧表现为下挠;边跨跨中徐变最大效应位移值分别为0.106mm、0.100mm、0.096mm和0.091mm,随施工周期延长徐变位移值依次减小。成桥后第三年,中跨跨中最大徐变位移值分别为:3.7mm、3.6mm、3.5mm和3.4mm,随时间延长分别削减2.5%、2.3%,2.3%;两边跨跨中徐变效应位移极值分别为0.09mm、0.086mm、0.084mm和0.081mm,变更不大。由表一知各节点累计效应位移第一年为负值,其次年、第三年为正值,随施工周期的延长,第一年徐变效应占累计效应比重确定值不断增大,其次年、第三年其比重不断减小,三年内最大徐变值和中跨跨径之比为1/18500。4.结论(1变更梁段浇筑的施工周期,分析结果表明对于48+80+48m连续梁起拱现象主要集中在中跨跨中,最大徐变位移值和跨径比为1/18500,在靠近中支座处有部分梁段始终处于下挠状态;成桥后其次年徐变效应上供值较第一年有所提高,而第三年较其次年有所减小。(2不同施工周期对成桥后三年内徐变效应变形的影响主要集中在中跨区域,对边跨区域的影响不明显,三年内中跨徐变效应最大位移变更范围介于1.9%~2.5%。(3随施工周期的延长,各特征点徐变效应位移占累计效应位移的比重不断减小。当桥梁跨径为48+80+48m时,其中跨跨中节点徐变效应位移占累计效应位移比重很大,成桥一年徐变效应位移为累计效应位移的数倍,其次第三年仍为累计效应位移的一半以上。(4成桥后的徐变在某种程度上对梁体线形是有利的,因为徐变上供会抵消因为自重及运营活载产生的下挠,但是起拱过大也会造成行车的不舒适性,所以徐变应当限制在合理的范围内,合理限制施工周期是一个造价经济,行之便利的方法。参考文献[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1999.[2]惠荣炎,黄园兴,易冰若.混凝土的徐变[M].北京:中国铁道出版社,1988.[3]混凝土徐变性能和其长期徐变行为的预估方法[J],铁道学报,1990.1(12.47-59.[4]段