钢筋混凝土预应力箱型梁底板横向应力监测结果分析.pdf

5 8 桥梁结构 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 1 月第 1 期 钢筋混凝土预应力箱型梁底板横 向应力 监测结果分析 温洲 明， 李向前 ， 林志春 ， 周伟标 ， 杨健 全 ( 东莞市虎门港管理委员会 ， 广东东莞 5 2 3 9 9 0 ) 摘 要 ： 该文介绍 了某钢筋混凝土 预应力箱型梁的底板横向应力 的测试情况。其测试值两侧应力大 ， 中间应力小 ， 并对此作 了分析 。 其成果可供同行参考。 关键词： 钢筋混凝土箱型； 梁底板 ； 横向应力 ； 分析 中 图分类 号 ： U 4 4 8 2 1 + 3、 U 4 4 6 2 文献标识 码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) O l 一 0 0 5 8 0 3 1概 述 本 文介 绍港 口大 道厚 街水 道 大 桥 。该 桥 于 2 0 0 6年 9月 1日正式通车 ， 桥式 为 1 54 0 m( 3 4 0 + 344 0 = 6 0 0 m) 单箱七室预应力钢筋混凝 土 箱梁 ， 平面位于 R = 1 5 0 0 m曲线上。第一联为正交 梁， 其余梁端为斜交梁。桥型布置如图 1 所示。 该桥采用分阶段施工合成的箱梁结构 ，先预 制成单片工字梁，吊装后组合成单箱七室的连续 箱梁 ，既可达到减轻吊装重量 ( 单榀工型梁重约 8 0 t ) 、 各施 工工序简便 ， 又使结构具备箱型梁桥结 构 刚度大、 抗扭性能好 的特点。根据 目前收集到的 国内外有关资料，这种分阶段合成的预应力混凝 土箱梁结构形式在国内较为少见 ，尤其是最大斜 交角达到 3 7 o ，单跨达到 4 0 m，单幅桥长达到近 6 0 0 m的预应力混凝土连续斜箱梁在国内尚属首 次。 该桥架梁后现浇纵 向湿接缝成整孔梁 ，再浇 墩顶横 向湿接头 ， 张拉墩顶桥面纵 向预应力 ， 简支 梁预应力体系转换成先简支后连续梁。对箱梁底 板横 向应力分布 ， 设计图底板按等应力设计 ， 室 内 模型试验研究分析 ，底板应力差值为 5 8 ， 并 立科研项 目证 实研究成果 ，通过实桥箱梁底板应 变片测试应力 ， 在不 同组合荷 载作用下 ， 横向应力 都成抛 物线分布 ， 腹板底大 ， 底板 中间小 ， 经测 点 应力统计分析传递系数 K 0 5 ，底板应力差值约 5 0 ， 与室内试验研究分析值相差甚大。 2先简支后连续梁的架梁工序 ( 1 ) 设计 图的设计工况 ： 架梁后先灌注横 向湿 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 1 1 4 作者简介 ： 温洲 明 ( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 重庆 江津人 ， 工 程师 ， 从事 市 政 工程施 工技 术工作 。 接头混凝土 ，张拉 每联每 片梁 的梁面墩顶纵 向预 应力 ， 后再施工相临梁 间纵向湿接缝。由于该梁问 未设计横 向连接系 ， 不能实施架梁工艺 ， 设计受力 工况不能实施 。 ( 2 ) 实 际架梁工况 ： 先架完 每孔八 片梁后 ， 在 梁间增设 临时钢支撑将每片梁连为整体 ，架桥机 在 5 8号片梁 间铺轨运梁 ， 架梁后 ， 依次 完成 每孔 的纵向湿接缝 ，再施工墩 顶横 向湿接缝 ，待一联 34 0 m，先纵 向湿接缝后横 向湿接缝完成后 ， 再 同时张拉墩顶梁纵向预应力束 ， 构成 3 4 0 m连续 梁 。 ( 3 ) 在上述工况的每道工序完成后 ， 在梁底相 应完成预埋件及应力测试 ， 并记录基数值。 3 单箱多室预应力混凝土箱梁底板应力测试 测试的桥梁结构为单箱七室 ， 4 0 m跨 ， 先简支 后梁体连续桥梁， 桥面宽 1 7 5 m， 第一联桥长 3 4 0 = 1 2 0 ( m) 。 3 1 监控对象的选择 根据该桥的特点 ，选择该桥左幅第一联及斜 弯角 比较 大 的第二 联进 行监 控 ，即对 z l z 3和 z 4 z 7跨进行监控。目的在于 比较成桥前后桥梁控 制 断面不 同斜交 角度桥跨 之间 的应力 应变关 系 。 监控桥跨分布情况如图 2所示 。 3 2 桥面荷载及底板应力图示 采用最不利荷载的方式( 即偏载 ) 进行 ， 其加 载车辆布置如图 3 所示 ( 选择有代表性的左幅第 三跨进行分析 ) ， 主要有如下工况 ： ( 1 ) 工况 1 ： 1号车和 2号车同时进行加载； ( 2 ) 工况 2 ： 4台车 同时进行加载 ； ( 3 ) 工况 3 ： 卸去 3号 车 和 4号 车后 ， 剩 下 1 号车和 2号车共 2台进行加载。 从 图 3可知 ： 桥 面荷载 为静载最不 利荷 载组 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 1 月第 1 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 5 9 3X4 0 0 0 = 1 2 0 0 0 44 0 0 0 = 1 6 0 0 0 4 4 0 0 0 = 1 6 0 0 0 4 4 0 0 0 = 1 6 0 0 0 l 2 = 6 1 9 I I l f 1 f 1 I I l I l I I I 9 0 0 0 0 0 0 0 0 单位 ： c m 图 1 厚 街水 道大桥 桥型 布置 图( 单位 ： c m) 1 # 梁 2 # 梁 3 # 梁 4 # 粱 5 # 粱 6 # 粱 7 # 梁 8 # 粱 第 1 跨第2 跨第3 跨第4 跨 第5 跨第6 跨第7 跨 、 f f i 、 。 、 1 、 ， f| ； 、 。 | 、 I 。 、 1 1 、 1 。 I 1 + + + + + 监控跨监控跨监控跨监控跨监控跨 监控跨监控跨 图 2 监控 对象 示意 图 合 。车重 P按 城一 A换算 重量 ， 测点 布置如 图 4 所示 。 图 3 桥跨 加载工 况平 面示 意图 ( 单位 ： m ) 3 3 底板横向应力传递分析 最不利荷载组合作用下的应力值，在图 3 、 图 4 荷载作用下 ， 箱梁底板应力的横向传递分布曲线 如 图 5所示。 从 图 5可知 ：腹板两侧底板应力大 于底板 中 部应力 ； 边 片腹板底应力大于中片腹板应力 。 对 于第七孔 ( 第七道湿接缝 ) 底板两侧应力 值 统计见表 1 所列。两侧应力值基本接近， 中间应力 小 ， 应力分布曲线成倒抛物线形， 类似双向约束板 的应力分布。 应力曲线如 图 5所示 。 3 4 横 向应力传递 系数 K值的数理统计与分析 3 4 1 分析模型 利用相邻工型梁梁底截面及其中间湿接缝各 一 个测点对各个 阶段 的应力增量变化关 系进行统 计分析， 测点布置如图 6 所示。在两工型梁间的局 部截面内，忽略箱梁的扭转或畸变等对箱梁纵向 应力应变变化的影响， 其分析模型如图 7 所示。则 假设在某一工 况下 ， 1号 、 2号 、 3号测点 的应变增 量分别为 。 、 、 ， 则定义 值为： K= 3 4 2 K值 的数理统计与分析 桥面跨中在最不利荷载组合加载后， 加载着力 范围附近腹板下的箱底受力最大， 如图 5 所示。加 载后的底板传递系数统计如表 2 所列。 为增加 K值样本数量 ，另外测设 了第 四跨跨 中 7 #与 8 #梁截面应变 ， 1 台车到 4台车分别加载 后的底板传递系数统计如表 3 所列。 根据表 2 表 3中各箱底跨中底板应力传递系 数统计值分析： ( 1 ) 统计 值样本数量 ： n = 2 5个 ； ( 2 ) K值平均值： K =0 6 7 1 ； ( 3 ) K值的标准差 ： & =0 1 0 6 ； ( 4 ) K值的变异系数： C v =0 1 5 8 。 按 9 5 保证率取 值 的特征值为 ： K = 一0 6 71 一1 6 45 6 K =0 1 06一1 6 45 0 1 06 =O 4 97。 即箱底板 中部与边部( 腹板 与底 相交处 ) 的应 力差约 5 0 ， 可近似用 K = 0 5 。 3 4 3 箱梁边腹板底应力不均值分析 如图 3 、图 4所示 ，最不利荷载作用下 ， 8 #梁 ( 边片梁 ) 底的测点与 7 样梁底的测点应力 ， 统计如 表 4所列 。 从表 4可知 ，第七道湿接缝 中点 1 7号测点应 力， 较第六道湿接缝中点 1 2 号测点应力应力差值 率为 2 1 9 ； 7 #梁腹板下的 1 3号测点应力 ，较 8 # 号腹板下的 2 1 号测点应力应力差值率为 1 1 6 。 其原 因是 7 #梁底为两侧约束 ， 8 #梁底为一侧约 束 ， ( 应力分布与单片 T梁作裂缝开展实验的变形 规律相 同1 。 每联的边孔边片应力与中孑 L 边片应力差值率 为 1 1 6 ，边跨底应力与中跨底应力差值率为 2 1 9 ， 其原因为边孔应力大于中孔应力。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 1 月第 1 期 l 7 5 m 宝 删 _ R 埘 2 3 4 5 图 4 成 桥桥 面加 载图示 测点离l # 梁下端距离 一工况1_ 一 工况2 * 甓3 * t J I t 为0 表 1 第七孔底板 两侧应力值统 计表( 单位 ： MP a) 图 5 应 力 曲线 图 1 工型梁 y 2 湿接缝 3 工型梁 图 6 分析模 型及 测点 布置 图 i 髓 l 31 4 1 5l 6 l 7 l 8I 9 2 o 2 l 测点号 表 2 加载后的底板传递系数统计表一 桥跨湿 接缝编 号 加载工况及 K值 1 台车 2 台车 3台车4台车 卸载为0 喜 054 。 s 05 4 。60 4 4 单箱多室箱梁腹板底控制应力的分析 4 1 箱梁外侧腹板底与箱 内腹板底应 力分析 据上述 ， 外腹板底应力 大于内腹板底应力 ， 外 腹板的外侧应力大于腹板底内侧 ，如表 4的 8 号 梁的 1 9号， 2 0号， 2 1 号测点的应力值，与通车后 ( 下转第 7 8页 ) 1 5 2 I 4 呲 ： = 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 1 月第 1 期 方案及实施效果见图 1 、 图 2 。 图 1 设计 方案 示意 图( 单 位 ： mm ) 图 2 实施效 果示意 图 1 - 2 3 工程投资 以 1 2 m高防洪墙为例，与素混凝土防洪墙 比较 主要投资情况 ， 见表 1 。 ( 上 接 第 6 0页 ) 3 a 、 6 a 裂缝发展规律相符 ；由于有关原因， 8 梁 的外侧边缘未能布置测点。( 但根据港口大道九标 连续梁边孔边梁端部腹板开裂分布 ， 如 图 8所示 ， 竖 向裂纹分布 ， 在边孔 的跨 中竖向裂纹长 ， 但裂纹 宽均小 于 0 1 5 m m； 该裂缝分布与 3 2 m跨 T型钢 筋混凝 土梁 ， 产 品质量 检验 ， 加载 至超 载系数 K = 1 0 5时 ， 出现裂纹小于 0 1 5的规律相符 。) 图 8 竖向裂纹 实景 表 1 花坛式 防洪墙 投资 ( 单位 ： 元 m ) 花坛 式防洪墙投资约为 1 3 6 5元 ， m，而素混 凝土防洪墙投资约为 1 0 6 0 元 m，花坛式防洪墙 投资增加约 3 0 。 2 结语 传统防洪墙多采用重力式、悬臂式等混凝土 型式 ， 在实施过程 中往往 难以与周 围环境协调 ， 而 花坛式 防洪墙却可 以与城市 园林设 计相结合 ， 成 为城市园林绿化 的一部分 。 花坛式防洪墙受墙高的限制，对于墙高超过 1 2 m， 防洪压力较 大的河段应 慎重选 择 ， 对 于设 计水位以上超高部分的墙体较为适用。 4 2 多室箱梁腹板控制配筋的分析 根据上述边跨与中跨的应力差为 2 1 9 ， 边片 与中片应力差为 1 1 6 ， 因此箱梁腹板底 的配筋应 为边跨 的中片梁底板配筋为一类 型 ，边跨 的边 片 梁底板配筋为另一类型 ，为经济合理 的配筋结构 设计 ； 如为先简支后梁体连续梁 ， 经济配筋应是边 孔与中孔配筋分别设计 。 5 结论 该桥梁腹板底及底板横 向应力测试值 ，经统 计分析后横向应力传递系数 K = 0 5 ，具有应用价 值 ， 可作为箱底板计算配筋的参考。 参考文献 1 建筑结构设计综合手册 M 郑州： 河南科技出版社， 1 9 8 9 【 2 赵 兴中， 马琳 预制装配式 小箱粱横 向分布计算 方法 的研究 分 析 f J 城市道桥 与防洪 ， 2 o o 9， ( 3 ) 3 林志春等四人编 港口大道厚街水道大桥施工监测报告 z 2 0 0 7 4 】 福州大学土木学院编 港 口大道厚街水道大桥科研立项报告 z 2 0 0 3 曩 _ 嘲 矗瓯 酾 基 群 _ _ 臻 一 _ 一 圈一 蛩 _ _ 一 q _ 曩 藤 聪 l l _ l 整 黜 圈 墨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m