预应力混凝土连续梁桥最终体系转换工序倒置影响分析.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年2月 第2期 FEB 2013 No2 1概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变 形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护 工程量小、抗震能力强等优点而成为最具有竞争力 的主要桥型之一1。 目前在我国中小跨径的预应力 混凝土连续梁桥施工中，除了最古老的支架现浇方 法外，还采用了先简支后连续、顶推法、移动模架逐 孔浇筑法、移动导梁逐孔拼装法和梁体预制浮吊安 装法等施工技术2-3。 而大跨径预应力混凝土连续梁 桥大多采用悬臂浇筑法施工，根据连续梁桥的特点， 采用逐段平衡悬臂浇筑，先形成T构，再逐跨合拢， 逐跨释放临时固定支座，完成体系转换，最终形成多 跨预应力混凝土连续梁桥。 然而，在最后体系转换过程中，两个关键工序的 先后顺序往往被施工人员忽略的：先拆除主墩临时 固结支座后张拉并锚固剩余预应力索。 然而，当其 先后顺序倒过来时对大桥的影响程序如何，至今未 见相关研究文献。 从理论上来说4-10，先拆除主墩临 时支座再张拉并锚固剩余预应力索， 更容易保证预 应力筋的张拉质量和成桥线形， 且在临时固结支座 位置不会拉裂。 本文以某有砟轨道客运专线连续梁 为例，从数值上计算分析了其逆序的影响，从而有助 于施工技术人员提高工序意识。 2桥梁施工概况 2.1桥梁简介 某有砟轨道单箱单室变截面预应力混凝土连续 梁桥，设计客车速度250km h，货车速度120km h， 其跨径布置为（40+56+40）m，边支座中心线至梁端 0.6m，边支座和中支座横向中心距均为4.6m；桥面 总宽12.2m，线路中心至挡砟墙内侧2.2m，中支点梁 高4.49m，跨中梁高2.89m，顶板厚度3460cm，腹板 厚度（507090）cm，底板厚度44100cm，在端支 点、中支点处共设5个横隔板，隔板设有孔洞；梁底 下缘按二次抛物线变化，中支点和跨中截面如图1。 梁体混凝土强度等级为C50，保护层为C40 ；普 通钢筋采用Q235钢，弹性模量Ep=210GPa，HRB335 预应力混凝土连续梁桥最终体系转换工序倒置影响分析 谭庆波胡广周 （中交四航局第二工程有限公司广州510600） 摘要：在采用悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥的最终体系转换阶段，现场人员容易忽略拆除临时支座再张拉剩余预应力 索的两关键工况的先后顺序。 文中以某常见的变截面预应力混凝土连续箱梁桥为例，采取有限元软件MIDAS CIVIL分别计算了 工序倒置后对成桥线形、应力分布和预应力损失的影响，结果表明对应力分布影响较大，易造成局部拉裂，应引起高度重视。 关键词：连续梁； 体系转换； 悬臂施工； 应力分布 I n f l u e n c eA n a l y s i so fF i n a lP r o c e s sI n v e r s i o nWh e nS y s t e m T r a n s f o r ma t i o n o fP r e s t r e s s e dC o n t i n u o u sC o n c r e t eB e a m T a nQ i n g b oH uG u a n g z h o u （T h eS e c o n dE n g i n e e r i n gC o m p a n yo fC C C CF o u r t hH a r b o rE n g i n e e r i n gC o .，L t d . G u a n g z h o u5 1 0 6 0 0，C h i n a） A b s t r a c t：Wh e nt h ec a n t i l e v e rc o n s t r u c t i o nw a sa d o p t e db yt h ep r e s t r e s s e dc o n t i n u o u sc o n c r e t eb e a m，t h es e q u e n c eo ft w ok e yp r o c e s s e s o fr e m o v i n gt e m p o r a r ys u p p o r ta n dt e n s i n gr e m a n e n tp r e s t r e s s e dc a b l eu s e dt ob ei g n o r e d . T h i sp a p e ru s e sac o m m o np r e s t r e s s e dc o n c r e t e c o n t i n u o u sb o xg i r d e rb r i d g ea sa ne x a m p l e，u s e st h ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r eMI D A SC I V I Lt oc a l c u l a t et h ei m p a c to fb r i d g e sl i n e a r，s t r e s s d i s t r i b u t i o na n dp r e s t r e s sl o s sa f t e rt h ei n v e r s i o np r o c e s s .T h er e s u l ts h o w st h a ti th a sag r e a ti m p a c to ns t r e s sd i s t r i b u t i o n , i tc a u s e sl o c a l c r a c ke a s i l y . T h ep r o b l e m s h o u l db ea t t a c h e dg r e a t i m p o r t a n c e . K e y w o r d s：c o n t i n u o u sb e a m；s y s t e m t r a n s f o r m a t i o n；c a n t i l e v e rc o n s t r u c t i o n；s t r e s sd i s t r i b u t i o n 30 图1大桥横截面图 21245462630800 28703302400300 1125 12200 4300140040043001400400 1000 780260 780260 600300 600300 500 2832 690 2800 1000 217 63 3503800 R200 R100 R200 注） 表中数据“+” 、“-”分别为向上、向下挠度； 累积差值=两阶段之和2-两阶段之和1。 表1两种不同工序挠度对比（mm） 截面 位置 先拆 后张 w1 先张 后拆 w2 w2-w1 边支座000.0 L 4-3.3-3.30.0 L 2-4.2-4.10.1 3L 4-1.4-1.40.0 固定支座0.00.00.0 L 46.16.0-0.1 L 218.117.8-0.3 3L 411.811.6-0.2 中支座0.00.00.0 L 4-1.5-1.50.0 L 2-4.3-4.30.1 3L 4-3.4-3.40.1 边支座000.0 图3先拆后张挠度 图4先张后拆挠度 谭庆波等： 预应力混凝土连续梁桥最终体系转换工序倒置影响分析FEB 2013No22013年2月第2期 弹性模量Ep=200GPa； 纵向和横向预应力筋采用抗 拉强度标准值fpk=1860MP，弹性模量Ep=195GPa，公 称直径为15.2mm的高强度钢绞线。 2.2施工过程 大桥采用悬灌法施工，其主要工况的施工顺序 为：主跨桥墩施工完毕后，在主墩上安装临时支 座，搭高支架施工0#块，待混凝土达到一定强度后， 安装挂篮；主墩上对称浇注第1节段，等梁段混凝 土强度及弹性模量达到设计值的100%时， 张拉本 阶段预应力索，并移动挂篮准备下一阶段施工；重 复第2步操作，直至边跨合拢段；在边跨搭设支 架，浇注边跨，拆除挂篮，安装边跨合拢段临时构造 措施，浇注合拢段，待混凝土强度及弹性模量达到设 计值的100%后， 先拆除主墩除水平约束外的其他 临时支座，再张拉阶段索；拆除边跨支架，安装中 跨临时刚性连接构造，安装边跨合拢段临时构造措 施，浇注合拢段，待混凝土强度和弹性模量均达到设 计值的100%后，拆除主墩临时支座，再张拉全部剩 余索；进行桥面铺装等工作。 中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换， 一般的施工流程如下：拆除边跨临时支架安装中 跨临时刚性连接构造张拉中跨临时钢束用悬吊 支架现浇中跨合龙段B0#块待混凝土强度及弹性 模量达到设计值后，拆除主墩临时支座张拉并锚 固剩余预应力索拆除悬吊支 架，全联贯通、体系转换完成。 3对比计算 为了计算拆除主墩临时支 座和张拉并锚固剩余预应力索 两施工阶段的前后次序对最终 成桥的差别， 有必要建立合理 的计算模型， 对这两施工阶段 累计影响进行对比分析。 由于其余施工工艺及次序 相同，且预应力筋本身对主梁的刚度贡献很小，因而 也只需对这两施工阶段进行累积计算分析。 采用桥梁通用有限元软件MIDAS CIVIL 2006 建立施工阶段计算模型，全桥结构模型如图2所示。 以桥面中心为原点，沿桥向为X轴，横桥向为Y轴， 竖直向上为Z轴建立直角坐标系，考虑等效临时支 座的影响。 在上述两种施工顺序的施工阶段，主要施加的荷 载均为剩余预应力索的张拉力，不同点在于临时固结 墩水平约束的变化。 由于水平约束的不同，将对主梁 成桥线形、内力分布和预应力损失造成一定的影响， 下面就这3个方面进行对比计算。 3.1主梁挠度 为了表述方便， 先拆除主墩临时固结支座再张 拉并锚固剩余预应力索的施工顺序简称为 “先拆后 张”，先张拉并锚固剩余预应力索再拆除主墩临时支 座的施工顺序简称为“先张后拆”。经对比计算，仅在 张拉剩余预应力筋的荷载作用下， 得出主梁的挠度 如图34所示，若干截面挠度对比结果见表1。 从表1数据可知， 采取先张后拆施工顺序比先 拆后张施工顺 序对主梁将产 生如下影响：两 边跨影响较小， 在边跨l 2处 相差0.1mm，是 相应正常工序 下 的2.3%， 主 图2全桥结构计算模型 31 表2主梁施工阶段的预应力损失对比（MPa） 预应力 索号 先拆后张先张后拆 累积差值 S2-S1 拆临时 支撑 张拉 预应力索 两阶段 之和S1 拆临时 支撑 张拉 预应力索 两阶段 之和S2 M2（短索）-40.4-44.9-85.3-42.9-44.9-87.8-2.5 M5（中长索）-38.1-43.9-82.0-43.7-43.9-87.6-5.6 T8（长索）-19.9-28.7-48.6-26.5-28.7-55.02-6.6 广东土木与建筑FEB 2013No22013年2月第2期 跨少上挠0.3mm，与相应正常工序相比少上挠1.8%。 3.2主梁应力 仅在张拉剩余预应力筋的作用下，经对比计算， 得出两种施工工序箱梁的等效组合应力分布，如图 56所示。 从图可知，两种工序的等效组合应力分布存在差 别， 先拆后张工序的应力分布范围为-11.89，0.03 MPa，先张后拆工序为-16.92，0MPa，先张后拆的 最大压应力比正常工序大42.3%。 值得一提的是，采 用先张后拆施工工序将在主梁与临时锚固墩的连接 处产生应力集中现象，该集中拉应力易使局部拉裂， 因此不应采取此施工工序。 3.3预应力损失 根据实际施工情况，主要考虑由结构的弹性变 形引起的预应力损失。 为方便分析，分别选取若干 长、中和短索的端头预应力损失量进行列表。 仅在 张拉剩余预应力筋的作用下，经对比计算，先前已张 拉的预应力索的损失见表2。 从表2可见，采用先张后拆施工工序时预应力 索的损失量比先拆后张法的大，其差值均在8MPa以 内，与锚下控制张拉应力1375MPa相比，相差0.6% 以内，但总体预应力损失达87.8MPa，与初始超张拉 值相差较大。 4结论 经对比计算分析发现， 采取先拆除主墩临时支 座再张拉并锚固剩余预应力索与先张拉并锚固剩余 预应力索再拆除主墩临时支座相比， 前者施工工序 优越，且倒置施工工序对成桥线形和预应力损失影响 较小，但对应力分布影响较大，尤其是在主梁与临时 锚固墩的连接部位形成应力集中区域， 容易局部拉 裂，故在最后体系转换施工过程中应引起高度重视。 参考文献 1 马保林.高墩大跨连续刚构桥M.北京：人民交通出版 社， 2001 2 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计M.北京：人民交通出版 社， 2000 3 张继尧等.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥M.北京： 人民交通出版社，2000 4 何旭辉，裘伯永.对预应力混凝土连续梁悬拼施工有关 问题的探讨J.铁道建筑技术，2000（1） 5 刘黎明，宁平华，熊正元等.主跨138m预应力连续梁桥 的施工控制J.城市道桥与防洪，2002（1） 6 王钧利.曲线箱梁桥的病害分析及设计对策J.中外 公路，2005（4） 7 彭大文，林希鹤.预应力连续弯箱梁的支座反力研究 J.福州大学学报，1998（6） 8 汤竞兴.预应力混凝土曲线箱梁支座布置效应研究D. 西安：长安大学桥梁与隧道工程， 2009 9 钟铭，李文会，袁长卿.曲线梁桥 预应力束摩阻损失计算J.石家 庄铁道学院学报，1998（4） 10宋玉普，车轶等.空间多曲线型 预应力钢索的预应力摩擦损失研 究 J.土木工程学报，2002（6） 图5先拆后张组合应力分布 图6先张后拆累积组合应力 32