悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥的挠度计算在施工中的应用.pdf

引言 随着我国铁路的飞速发展，在线路选线过程中为跨越河流或公路，部分梁体施作采用连续梁，连续 梁的施工方法很多，对于位于陆地上的高架桥，通常采用支架就地现浇施工，而对于跨越大江、大河的 连续梁桥，常用的施工方法有悬臂浇筑、悬臂拼装、转体施工法、移动模架法及顶推法等。由于悬臂浇 筑法具有投入少、对梁体截面变化适应性好、成桥后结构整体性好等优点，现已成为跨越河流连续梁桥 施工方法中最常见的一种施工方法。就悬臂浇筑施工法而言，施工过程中最关键的是施工挠度的控制， 它将直接关系到连续梁能否顺利合拢并达到设计预想的线形。 施工过程中的挠度控制是以理论计算为依据的。 通过对预应力混凝土连续梁在悬臂施工过程中的变 形机理进行分析， 寻求挠度计算的实用方法， 以供工程实践验证和使用。 挠度计算的目的有以下两方面： 一是对施工各阶段挠度进行计算， 该计算则作为施工过程中挠度控制和调整的依据。 二是求得连续梁在 远期运营阶段包括活载作用下的挠度值，该挠度值则是预拱度设置的依据。 挠度的实用计算方法 采用悬臂浇筑的连续梁桥需在施工过程中进行多次体系转换， 即在悬臂浇筑阶段为多个 T 型刚构型 式，经过多次合拢及墩梁临时固结拆除，而形成连续梁体系。在整个施工过程中就其结构体系及变形特 征而言，通常可分为三个大的阶段，第一阶段为悬臂浇筑阶段，此时的结构体系为静定的 T 型刚构；二 阶段为合拢阶段（多跨连续梁桥通常需要进行多次合拢），该阶段是通过合拢段的预应力束张拉完成由 静定体系向超静定体系转换的过程；三阶段是合拢后的成桥阶段，该阶段包括施工荷载拆除、梁墩临时 固结的拆除、二期恒载的加载（即桥面系的施工）及后期混凝土收缩徐变和火车荷载等，下面将对各相 应阶段逐一叙述挠度的计算方法 .悬臂浇筑阶段 悬臂浇筑阶段是先在墩顶临时支架上浇筑墩顶 0 号节段， 并通过梁墩临时固结或墩侧临时托架使梁 与桥墩形成一个临时固结的 T 型刚构体系； 然后由 0 号节段向两侧对称逐段悬浇各个节段混凝土， 并张 拉相应各节段预应力束。该阶段的特点是结构体系不变，仅是节段数量，即：结构单元数量不断增多， 结构自重不断增加，施工荷载（挂篮）仅不断移动其作用位置。为了叙述方便，若以每增加一个混凝土 节段称为一个子阶段，则每一个子阶段的形成又要经历多个状态，通常可分为三个状态： 移动挂篮、立模状态； 浇筑新节段混凝土，养生； 张拉节段预应力束。 由于这一阶段中结构单元数量及荷载（包括施工荷载、梁自重、预应力的施加）均不断变化，因而 梁体的变形即挠度也随之发生变化， 所以在该阶段的挠度控制就显得特别重要， 它将直接关系到连续梁 能否顺利地按预期的要求合拢， 而控制挠度的依据则是挠度的理论计算值， 这就需要找到任一子阶段各 点挠度的计算方法。由图 1 可以看出，各子阶段梁体可分为两个区段：A 区段为已浇筑并张拉完成的节 段区，B 区段为待浇筑的节段区。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 4 1234 2 2 2 1 2 2 2 3 1 4 23 1 1 2 2 2 3 1 4 14 2 1 1 2 1 3 1 4 1 2 2 2 2 3 2 4 b : 第三阶段挠度增量 A 区段A 、B 区段分界线 B 区段 C : 第二阶段挠度增量 A 区段 A 、B 区段分界线 B 区段 注：由于通常计算的梁体挠度均属于小变形范围，为表达方便，可近似认为每一子阶段挠度增 量以水平线作为基准线进行计算 图 1 悬臂浇筑段挠度计算示意图 由图 1c 中可以得出：第二子阶段（k=2）时各点挠度总和为： i k= i k 由图 1a 和图 1b 可以得出： a.位于 A 区段各点（ij）， i k是指各子阶段中所有荷载（梁自重、施工荷载、预应力）产生 的挠度增量，该挠度增量包含弹性挠度及徐变挠度增量，即 i k= i k1+(t,t0) 式中： i k为弹性挠度，可以由结构力学按悬臂梁计算求得。 (t,t0)为徐变系数，按铁路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（TB10002.3-2005）中附 录 A 取用。 b.位于 B 区段内的各点(ij) i k= i k+ i kLij 式中：上标 k 为子阶段号，Lij为节点 i 与结点 j 之间的梁体长度。 下标 i 为计算挠度的结点号，j 为 A、B 区段分界处结点号。 1.2 合拢阶段 合拢阶段分为边跨合拢和中跨合拢阶段。 对边跨合拢阶段，通常需要确定边孔同浇段立模预设标高，而该标高值又是以挠度计算为依据的。 一般情况下，连续梁除了上述的悬臂现浇段外，还有一部分是在支架施工的边孔现浇段，这部分梁段一 般处于河道岸边范围，桥下高差较小，常采用支架现浇，在实际施工过程中，为了缩短工期，在悬臂浇 筑段全部施工完成之前，需要预先进行现浇段的施工，该段支架立模标高如何确定，应以相应的理论计 算为依据，使得边跨合拢段两端标高（即现浇段末端与悬浇段末端的标高）能符合某一预想的曲线。立 模标高可以分解为设计标高、 预拱度及挠度之代数和， 此处现浇段挠度实际是与悬浇段末端挠度相对应 的挠度预设值， 通过对悬浇阶段的挠度计算可以求得悬浇段末端在合拢前一时刻的挠度值， 以该挠度值 为基准， 并将梁自重和预应力在连续梁体系产生的挠度曲线作为参数曲线， 可以求得现浇段各点的挠度 PDF created with pdfFactory Pro trial version i5 iB 12345B i 1 i2 i3 i4 i5 iB b、边跨现浇段预设挠度示意 合拢段 （悬臂段末端） 悬臂段在合拢前一时刻挠度曲线 图 2 边孔现浇段预设挠度计算示意图 1.3 合拢成桥后阶段 合拢成桥后的挠度计算相对比较容易，由于该阶段连续梁已经形成，不存在结构体系的转换，但是 需要考虑的荷载种类较多。 一期恒载产生的挠度已在前面两个阶段逐步叠加进行了计算， 只需以合拢的 最后阶段成桥时刻的各点挠度计算值为初始值， 计入各种荷载产生的挠度值增量， 即可得到最终挠度计 算值，该最终挠度计算值通常作为全桥预拱度设置的依据，该阶段需要考虑的荷载种类有以下 5 种： 二期恒载； 预应力产生的二次内力； 混凝土收缩、徐变次内力； 温度变化产生的次内力； 1/2 火车荷载（不计冲击力）。 2 结语 本文根据预应力砼连续梁桥悬臂浇筑法在施工过程中不同的结构体系及变形特征， 将整个施工过 程分为三个主要的阶段（即悬臂浇筑阶段、合拢阶段及合拢后成桥阶段），通过对梁体在不同阶段的变 形机理及特点的详细分析，将复杂的施工过程进行了简化，从而得出如下结论：对于悬臂浇筑的连续梁 桥，虽然其施工过程中荷载变化复杂、结构体系转换较多，其任一时刻、任一状态下的挠度值均可以由 它的受载过程及结构体系变化过程来确定。 本文提出了从施工到成桥全过程的挠度逐步叠加计算方法， 为施工中有效进行挠度控制和预拱度 设置提供了理论依据，并在增建西安至安康二线梅花乾佑河大桥 3 #4#墩（32+48+32）m 预应力混凝土连 续梁桥中进行了应用，结果表明计算数据与实际情况吻合性良好（见图 3）。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1/2立面图 012341234567 1 23 45 678 91011 12 1314 15 16 1718192021 截面编号 156 7810119 17181920 -0.02 -0.02 -0.3-0.1 0.30.4 0.1 0.1 0.3 0.3 0.3 0.3 1.0 1.0 0.2 0.2 0.5 0.6 0.5 0.5 1.61.6 0.3 0.3 1.0 1.0 0.5 0.5 1.7 1.7 0.3 0.3 1.0 1.0 0.6 0.6 2.1 2.1 9.4 -0.7 -0.7 1.3 1.3 0.2 0.2 3.03.0 1.4 1.4 3.4 3.4 1.4 1.4 4.3 4.3 -1.9 -1.9 3.5 3.5 0.7 0.7 4.6 4.6 0.8 0.8 6.4 6.4 -8.5 5.2 -8.5-14.1 17.3 -21.8 27.5 -30.7 36.0 0.03 0.03 曲 线 挠 度 表 9.8 -8.6-13.9 18.3 -21.0 29.6 -29.2 39.4 1216 -0.3-0.1 0.30.4 4 2 -1.3 0.09.56.5 -0.9 0.07.45.0 0.6 0.4 2.1 1.5 -6.9 8.1 -11.0 15.1 -10.0 11.1 -16.6 20.2 -7.2 8.6 -11.6 16.1 4.2 2.8 -16.3 24.3 -25.3 31.9 -17.5 25.9 6.2 3.5 -21.8 31.9 -34.2 41.6 -24.6 34.2 6.1 0.0 0.07.44.8 0.0 0.00.00.0 -4.2 2.4 -3.7 5.6 -44.2 -42.3 8.3 -27.0 -43.0 -33.1 -58.5 -56.4 -56.1 -47.5 -36.5 3.表内提供的施工阶段挠度值仅供施工单位在设计立模标高曲线时参考。本设计未提供预拱度值，使用本图时应根据具体环境设置。 2、表中提供的挠度值为各施工阶段的恒载。预应力和混凝土的收缩、徐变产生的挠度累计之和，未包括墩台变形、变位产生的挠度。 4.表中正号表示向上的位移，负号表示向下的位移。 附注： 1.本图所标尺寸以厘米计，挠度值以毫米计。 PDF created with pdfFactory Pro trial version