浅析大跨径预应力混凝土箱梁桥底板开孔的受力性能.pdf

5 8 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2年4 月第 4 期 浅析大跨径预应力混凝土箱梁桥底板开孔的受力性能 朱静 秋 ( 深圳市市政设计研究院有限公司， 广东深圳 5 1 8 0 2 9 ) 摘要： 该文介绍了某三跨( 4 7 m + 7 5 m + 4 7 m ) 变截面连续刚构桥在张拉底板合龙钢束过程中底板混凝土开裂、 脱落的过程。 通 过大 量 的有限元 分析 ， 论述 了底板 开孔对 底板受 力性 能 的影 响 。 关键 词 ： 变截 面 ； 连续 刚构 ； 底板 开裂 ； 底板 开孔 中图分类 号 ： U 4 4 8 2 1 + 3、 U 4 4 1 + 5 文献 标识码 ： A 文 章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 5 8 0 3 0 前言 预应力混凝土箱梁桥具有 良好 的空间性能 ， 能 适应现代化施工要求 ， 是跨越大江大河 、 高山峡谷等 的重要选择桥型之一。 随着此类结构进一步向宽箱、 薄壁的 P C结构方向发展 ，一直伴随着预应力混凝 土箱梁桥发展进程中的主要问题一裂缝问题也就更 加凸显出来 。近几年来 ， 发生了大量的大跨径 P C箱 梁桥在施工底板合龙钢束的过程中出现了底板开裂 甚至崩裂的严重事故 ，严重影响了此类结构的推广 和应用。 从大量的研究成果进行分析可知， 对于出现 底板开裂的原因有众多的研究 ，但对于底板开孔效 应对底板受力性能的影响因子则非常之少。 为此 ， 本 文将 以某三跨( 4 7 + 7 5 + 4 7 ) m变截面连续刚构桥的底 板崩裂事故为背景 ，对底板开孑 L 效应对此类结构的 底板受力性能的影响因子进行详细的分析和研究。 1 工 程概况 某三跨( 4 7 + 7 5 + 4 7 ) m变截 面连续 刚构桥 ， 上部 结构为变截面单 箱单室直腹板箱梁截面 ，单箱顶 宽 1 7 0 m， 底 板宽 8 0 m， 翼缘板长 4 5 i n ， 支点处 梁高 4 2 I n ， 跨 中梁 高 2 0 r i o_ ， 梁底 曲线按照 1 5次 抛物线 变化 ， 腹 板变厚度 5 O4 0 c m， 底板 变厚度 5 0 c m( 支点 ) 2 5 c m( 跨 中) ， 仅设置支点横 隔板 ， 不设跨中横隔板 ， 箱梁顶面设 2 单向横坡。箱梁 结构采用三 向预应力体 系，顶底板布置了大量的 纵 向 、 横 向和竖向预应力钢筋 ， 其 中中跨跨 中底板 共配置了 2 2束合龙钢束 。 该桥的具体结构构造见图 1 2 所示， 图 3为 优化后的结构计算箱梁断面图。 2 事故概述 该 桥悬 浇箱 梁在 2 0 0 5年 2月 2 2日中午完成 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 1 3 作者简介： 朱静秋( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 湖北荆州人 ， 工程师， 从事桥 梁 工程设 计 工作 。 劲性骨架锁定 ，并 与 2 4日晚上完成混凝土浇筑 ， 在 3月 56日晚在混凝 土强度达 到 9 3 设计 标 号强度时完成中跨底板合龙钢束的张拉 ，张拉完 成后底板就开始出现纵 向裂缝 ，至 7日上午发现 底板开裂、局部崩裂和响声 ， 8 #1 0 #块底板混凝 土在两侧波纹管布置范 围内全部破损 ，部分 区域 甚至出现 了主筋外鼓 的情况 。 3 底 板开孑 L 效 应 的分 析 3 1 计算模型 设计依据平 面杆 系原理对该桥进行设计计算 发现主桥箱梁在施工阶段及运 营阶段 的应力均满 足规范的要求， 不应发生此类严重事故。本文将对 该 桥采用空 间实体有 限元 的方法进行 分析计算 ， 其 中跨 中底板 合龙钢束 区段 考虑底板 开孔效应 。 结构 的具体有限元离散如图 4 5所示 。 图 6为不考虑底板开孔箱梁断面布置 图。 3 2 计算结果 比较 对计算成果( 见图 71 4 ) 进行分析可 以知道 ， 考虑开孔 和不考虑开孔对于箱梁结 构的计算结果 差别较大 ， 同一部位( 跨中合龙段底板) 在同一个 施工阶段 ( 如完成底板合龙钢束 张拉 后且灌 浆之 前 ) 主要区别如下 ： ( 1 ) 考虑底板开孔最大主压应力为 一 1 5 9 M P a ， 不考 虑 开孔 则 为 一 1 3 3 9 M P a ，后者 仅 为前 者 的 8 4 1 。 ( 2 ) 考虑开孔底板最大横 向拉应力点在箱梁下 梗腋与底板顶面相交处波纹管上缘 ，最大值为 5 5 9 MP a ， 不考虑开孑 L 最大拉应力点在下梗腋 中间 位置 ， 最大仅为 1 9 8 MP a ， 且底板横 向应力分布均 匀 ， 后者仅为前者的 3 5 4 。 ( 3 ) 考虑开孔底板最大竖 向拉应力位于箱梁底 板与下梗腋相交处以下箱室底板第二根钢束开孔 处的上缘与下缘 ， 呈 4 5 。 布置， 最大值为 2 9 8 M P a ， 不考虑开孔最大竖 向拉应力位于下梗腋与底板相交 位置 ， 最大值为 0 4 4 MP a ， 后者仅为前者的 1 4 8 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 5 9 L 旦 _ l I= 生 I l I 粤j 一-单 l掣 I害 _= 1 l辈 l I兰 I I I 旦 _ l删 生 I。 边跨段 拢 。号 段 8号 段 7号 段 6号 段 59 段 4号 段 39 段 2号 段 1号 段 69 段 l号 段 2号 段 3号 段 49 段 5号 段 6号 段 7号 段 8号 段 9号 段 毂 J J 一 ，一 一 一 1 7 O0 图 1 1 1 2箱梁立面布置图 L ： I 图 2 箱梁断面布置 图 1 7 0 0 L ： Q J 图 3 实 际计算箱梁断面布 置图 图 4 1 ， 2箱梁三维离 散图 对计算结果进行分析可以得到： ( 1 ) 考虑开孔和不考虑 开孔 ， 底板最大横 向拉 应力和最大竖 向拉应力偏差 明显 ，其 中最大横 向 拉应力由考虑开孔的 5 5 9 M P a 降低到不考虑开孔 的 1 9 8 M P a ， 后者仅为前者的 3 5 4 ； 最大竖 向拉应 力由考虑开孔的 2 9 8 M P a 大幅降低到不考虑开孔 圈 5 考虑底板 开孔箱梁断面 布置图 4 3 2 乏 R 墨 0 辚 世 一 1 2 图 6 不 考虑底板开 孔箱梁断面布 置图 0 1 2 3 距 离箱梁 中心距离 m 图 7 跨中箱梁底板 下缘横 向应力图 距离箱梁中心距离 m 图 8 跨 中箱 梁底板上缘横 向应力 图 的 0 4 4 MP a ， 两者的应力差 明显 ； 相对最大横 向拉 应力和最大竖向拉应力的大幅度变化 ，最大纵向压 应力差距略小 ， 考虑开孔与不考虑开孑 L 相差 1 5 9 。 ( 2 )箱梁结构的最大竖向拉应力位于箱梁底板 与下梗腋相交处以下箱室底板最内侧的三束钢束 管道开孑 L 范围内， 角度即便呈现西偏北 4 5 ， 同时箱 4 3 2 l O 1 2 3 邑 N 谢 匣蜒 婚世辚世 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m