《顶推在连续刚构桥中跨合龙中的运用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《顶推在连续刚构桥中跨合龙中的运用.pdf(3页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 72 林业建设总第 176 期 顶推在连续刚构桥中跨合龙中的运用 苏克啟 (国家林业局昆明勘察设计院,云南 昆明 650216) 摘要:通过奉科金沙江大桥的设计,介绍连续刚构桥双薄壁式桥墩受力特点及合龙顶推措施。 关键词:连续刚构;主墩墩身分析;顶推力 Application of jacking in closure of a continuous rigid frame bridge SU Keqi (Kunming Survey analysis of main pier; jacking force 预应力砼连续刚构桥,主梁预应力、恒载、 活载、温度等引起的变形均通过主墩墩顶位移来适
2、 应。如果墩身的抗推刚度过大,将使墩身弯矩过 大,导致墩身开裂,降低使用性能。因此连续刚构 桥必须尽量降低墩身的抗推刚度,同时为了保证悬 臂施工的安全,又必须保证墩身的抗弯刚度,即墩 身断面不能过小。在这两种情况下,增大墩高是唯 一的方法。针对连续刚构的受力特点,在施工过程 中采取一些措施来改善墩身受力,以增加连续刚构 桥梁的适用范围,比如中跨合龙前顶推措施。下面 以奉科大桥的设计及施工来阐述中跨合龙前顶推措 施的应用。 1 概况 奉科金沙江大桥主桥为(83+150+83)m连续刚构 箱梁桥。箱梁控制断面梁高为:中支点处9m,跨中 3m。主墩墩高66m。荷载等级:公路级。桥面 布置:全宽9.5
3、m =7.0m(行车道)+2x1.25m(人行道) 2 双薄壁墩的受力性能 连续刚构桥墩身的内力主要有以下几个特点。 靠近边跨的主墩,在恒载的作用下,两个墩 柱的轴力相差比较大,靠近跨中的内侧墩柱轴力远 大于外侧墩柱。当体系降温,向跨中方向的汽车制 动力作用以及中跨布满荷载而边跨没有车道荷载的 情况下更加剧这种轴力的差异。 靠近边跨的主墩,在恒载的作用下,墩顶跟 墩底有比较大的反向弯矩。弯矩沿墩身高度的分布 见墩身恒载弯矩分布图,而此时的弯矩跟结构体系 整体降温时墩柱产生的弯矩形状相同。再加上汽车 制动力和垂直力产生的同向弯矩,这种情况更加突 出。 收稿日期:2013-02-24 作者简介:苏
4、克啟,工程师,从事道桥勘察设计工作。 73 第 2 期 一般多跨连续刚构的主墩墩身都是由靠近边 跨的外侧墩柱控制设计,依据就是轴力和弯矩的分 布规律,内外两侧墩柱最大弯矩相差很小,但外侧 墩柱轴力远小于内侧墩柱,偏心距大,控制墩柱设 计。 3 双薄壁墩受力改善措施-跨中合龙顶推 连续刚构桥梁一般都采用悬臂浇筑施工,需要 进行边跨合龙、中跨合龙等多次体系转换,在结构 体系转换前后采取一定的施工措施,可以有效改善 墩身的受力状态。通过合龙前在跨中两侧施加顶推 力,可以产生与恒载弯矩反号的墩身弯矩,同时通 过使墩身发生向外的水平位移,从而导致外侧轴力 增大,内侧墩柱轴力减小。 3.1连续刚构顶推力计
5、算公式的推导 以本项目三跨连续刚构为例,中跨合龙时顶推 连续刚构体系计算模型如下图,用力法推导两薄壁 墩中心A、B两点在水平力P作用下的相对位移,若 力P作用线和薄壁墩墩顶的箱梁形心不在一条水平 线上,那么结构还承受一个偏心弯矩Pe,其中e为 力P作用点到墩顶箱梁形心的竖直距离。 式中:L1、L3分别为薄壁墩的净高;L2、 L4分别为各墩双薄壁墩中心间的距离;E砼弹 性模量;e为力P作用线到墩顶箱梁截面中心的数 值距离;I1、I3两桥墩各自薄壁墩的惯性矩;I2、 I4两桥墩各自薄壁墩之间梁(0号块)的惯性矩。 由于连续刚构的零号块箱梁惯性矩远大于薄壁 墩的惯性矩,现假定零号块的惯性矩为无穷大。
6、 推导过程忽略结构轴向变形、剪切变形的影 响,简化后得到近似公式: (式2) 式中:-为跨中顶推相对位移; P -为跨中顶推水平力。 3.2有限元模型建立及结果分析 对墩梁固结的连续刚构体系,特别是变截面箱 梁,由于合龙温差和砼的收缩徐变 等因素引起结构的次内力,从而引起结构内力 重分布和结构变位的非线性,因此依靠手算很难得 到精确解。因此,本桥模型计算采用专业桥梁计算 软件MIDAS CIVIL,按照设计图拟定的施工顺序建 立有限元模型。 合龙顶推在晚间低温状态下进行,使顶推时梁 体温度接近于桥梁设计年平均温度,以减少温度对 合龙段的影响。为保证合龙顶推时桥梁的安全,合 龙顶推采用力和位移值
7、双控,以位移值控制为主。 苏克,顶推在连续刚构桥中跨合龙中的运用 位置 内肢 外肢 墩底轴力 (kN) 63000 46500 墩顶弯矩 (kN.m) 8520 8480 墩底弯矩 (kN.m) -7800 -6440 图1 墩身恒载弯矩分布 (负值表示桥墩跨中侧受拉) 图2 计算模型 图3 基本结构 74 林业建设总第 176 期 奉科大桥在施工当日凌晨2点进行合龙顶推锁定, 温度为21,接近设计合龙温度上限。顶推采用四 台400t千斤顶顶推跨中箱梁腹板跟顶底板交界处, 顶推过程中遵循同步、逐级加载的原则。施加顶推 力时按照025%50%75%100%的顺序分四 级加载,分级加载时保证箱梁位
8、移的足够时间。测 量中跨各墩悬臂端部水平位移和高程变化情况,同 时量测千斤顶活塞行程,以便与位移观测值相校 核。在顶推的同时,注意观察墩梁结合部,防止出 现异常情况。当加载至800kN时,跨中相对位移若 尚未达到计算位移值,继续加载。当跨中相对位移 达到计算位移值时即使顶推力未达到800KN后停止 加载,顶推完成。 根据顶推合龙实际顶推力的大小,分别利用顶 推力公式2和有限元模型计算在实际顶推力下最大悬 臂端跨中两侧的位移值和实际顶推值比较见下表。 进行合龙顶推的目的是为了消除由于合龙温 差、砼收缩徐变等因素对结构产生的附加次内力, 优化结构受力状况。下面将不施加顶推力跟施加顶 推力后结构次内
9、力做比较。 从表2可以看出,通过对比,在施加顶推力 后,较大幅度减小桥墩截面的附加次内力。 4 结束语 大跨径连续刚构桥在中跨合龙时施加顶推力使 桥墩产生一个预偏位来抵抗结构长期的收缩徐变、 合龙温差等因素对桥墩的偏位影响。通过本工程的 实践结果比较,总结几点如下。 (1)根据顶推力公式2,顶推力跟顶推位移呈 线性关系;计算结果及有限元计算值跟实际顶推值 相差较小。说明该公式可以作为工程实践提供简单 的计算和理论参考。 (2)实际操作时,通过受力计算的需要,采 用千斤顶在中跨合龙段之间施加水平顶推力,然后 焊接合龙段劲性骨架,再拆除顶推用的千斤顶,即 可将顶推轴力储存于梁内。 (3)通过合龙时
10、施加适当的顶推力,减小了 砼连续刚构桥由合龙温差、砼后期收缩徐变等产生 的附加次内力,平衡了主墩水平偏位,降低桥墩开 裂的风险,对桥梁结构后期受力有利,增加了结构 安全度。 (4)通过顶推,可以使连续刚构桥梁墩身设 计难度得到有效降低,使此类桥型的适用范围进一 步扩大。 参考文献: 1JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范S. 北京:人民交通出版社,2004. 2范立础.桥梁工程(上册)M.北京:人民交通出版 社,2001. 3上海市政工程设计研究总院.桥梁设计工程师手册 M.北京:人民交通出版社,2007. 4鲍卫刚,等.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南 M
11、.北京:人民交通出版社,2009. 解析法 值(mm) 有限元 值(mm) 实际 值(mm) 实测跟有限元 差值 表1 3种计算结果对比表 顶推力(kN) 1#墩 2#墩 1#墩 2#墩 1#墩 2#墩 1#墩 2#墩 200 8.5 8.5 8.4 8.4 8 7.4 12% 12% 400 17 17 16.8 16.8 15.2 14.9 11% 11% 600 25.5 25.5 25.1 25.1 24.2 23.2 7.6% 7.6% 800 34 34 33.5 33.5 30.2 30 10.4% 10.4% 内肢 外肢 墩顶 -6514 -14914 表2 3种计算结果对比表 不施加顶推 力(kN.m) 施加顶推 力(kN.m) 顶推后优 化值(kN.m) 位置 墩底 11775 11708 墩顶 3288 -4992 墩底 1278 1332 墩顶 -3226 -9921 墩底 10498 10376 (负值表示桥墩跨中侧受拉)
链接地址:https://www.31doc.com/p-3335893.html