斜拉橋橫梁預(yù)應(yīng)力儲備分析
2018-04-16
1 工程概況
紅楓湖特大橋位于滬瑞國道主干線清鎮(zhèn)至鎮(zhèn)寧公路上,跨越紅楓湖。主橋?yàn)?0m+102m+185m的獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。大橋主梁截面采用雙實(shí)心邊主梁形式,為雙向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。節(jié)段基本長度8m,橫梁的基本間距8m。主梁與主塔承臺固結(jié)長度為6.1m。除主塔根部兩根橫梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外,其余橫梁均設(shè)有預(yù)應(yīng)力束。
2 問題提出
邊主梁截面形式的大跨度混凝土斜拉橋,梁上拉索間距一般為6~8米,兩根拉索之間設(shè)置一道橫梁。橋面較寬時,橫梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。橫梁施加預(yù)應(yīng)力后,其預(yù)應(yīng)力儲備及其均勻性將關(guān)系到后期荷載作用下結(jié)構(gòu)的安全。懸臂施工中,如果各橫梁的預(yù)應(yīng)力束隨施工進(jìn)程在當(dāng)前階段內(nèi)全部張拉完畢,雖然方便施工,但會造成同一塊件的兩根橫梁受力不均,對橋梁整體受力產(chǎn)生不利影響。
為改善橫梁受力,紅楓湖特大橋采用了分階段張拉橫梁預(yù)應(yīng)力束的方法。大橋各橫梁內(nèi)分別設(shè)有3束預(yù)應(yīng)力束(N1、N2、N3),具體張拉順序:1#塊澆注完畢后,張拉橫梁h0的N1、N2、N3鋼束和h1的N1、N3鋼束;2#塊澆注完畢后,張拉橫梁h1的N2鋼束和h2的N1、N3鋼束;3#塊澆注完畢后,張拉橫梁h2的N2鋼束和h3的N1、N3鋼束……依此類推,進(jìn)行前方塊件橫梁的預(yù)應(yīng)力張拉。
3 預(yù)應(yīng)力儲備分析
3.1 預(yù)應(yīng)力等效處理
預(yù)應(yīng)力效應(yīng)采用等效節(jié)點(diǎn)力處理,將預(yù)應(yīng)力對梁單元的作用等效為四種荷載作用,如圖3所示。
其中,Ni=Nj=T;q=4T/L2(2Dc+Di+Dj);Mi=TDi;Mj=TDj;Qi=T/L[(4Dc+2Di+2Dj)-(Dj-Di)];Qj=T/L[(4Dc+
2Di+2Dj)-(Di-Dj)]
上列各式中,Ni,Nj為等效軸力;Qi,Qj為等效剪力;Mi,Mj為等效彎矩;q為等效均布荷載;Di,Dj為梁單元端部預(yù)應(yīng)力束的偏心矩;DC為梁單元中部預(yù)應(yīng)力束的偏心矩;T為考慮了各項(xiàng)損失后單元的有效預(yù)應(yīng)力值。
建立三維實(shí)體模型,因塔柱中心線兩側(cè)3.05m范圍內(nèi)主梁與承臺固結(jié),建模時將距塔中心線3.05m處斷面設(shè)為固定端,形成懸臂結(jié)構(gòu)體系。
選取與橫梁h1應(yīng)力變化關(guān)系密切的幾個工況進(jìn)行受力分析:工況一,橫梁h1的N1、N3鋼束張拉完畢;工況二,1#塊縱向預(yù)應(yīng)力束張拉完畢;工況三,1#索張拉265t;工況四,橫梁h2的N1、N3鋼束和橫梁h1的N2鋼束張拉完畢;工況五,2#塊縱向預(yù)應(yīng)力束張拉完畢;工況六,2#索張拉188t。計(jì)算結(jié)果與橫梁h1應(yīng)力實(shí)測結(jié)果比較見表1。
注:Ss――上緣應(yīng)力計(jì)算值;Sx――下緣應(yīng)力計(jì)算值;Ss測――上緣應(yīng)力測量值;Sx測――下緣應(yīng)力測量值。
應(yīng)力計(jì)算與實(shí)測結(jié)果基本吻合,預(yù)應(yīng)力等效處理能較好的反映構(gòu)件的實(shí)際受力狀態(tài)。
3.2 內(nèi)力計(jì)算
根據(jù)11#施工節(jié)段以前的各施工工況,利用有限元分析軟件建立空間模型。邊主梁和橫梁簡化成三維框架單元,橫梁預(yù)應(yīng)力按施工程序等效加載。橫梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果詳見表2。
3.3 結(jié)果分析
?、賜#塊件澆注完畢并張拉預(yù)應(yīng)力束后,其橫梁的軸力值僅為張拉力的86%。由于邊主梁的約束作用,其余14%的張拉力作用將由其他橫梁分擔(dān),橫梁h(n-1)分擔(dān)最多,當(dāng)懸臂段很長時,橫梁h0分擔(dān)的張拉力基本為零。
?、谟捎谒憾展探Y(jié),主梁根部受到塔墩的強(qiáng)大約束作用,其橫向變位很小,導(dǎo)致0#塊件附近預(yù)應(yīng)力束張拉作用難以作用到橫梁上,橫梁預(yù)應(yīng)力儲備很小。橫梁h0自身預(yù)應(yīng)力束張拉引起的軸力僅為其張拉力的26%。當(dāng)橫梁h11張拉完畢后,橫梁h0的預(yù)應(yīng)力儲備也只能達(dá)到設(shè)計(jì)值的46%。
③隨施工進(jìn)行,主梁塊件數(shù)逐漸增多,橫梁之間預(yù)應(yīng)力作用的相互分擔(dān)趨于均勻(橫梁h0、h1除外),橫梁的預(yù)應(yīng)力儲備均達(dá)100%左右。
4 結(jié)束語
利用預(yù)應(yīng)力等效模型進(jìn)行橫梁內(nèi)力分析行之有效,計(jì)算結(jié)果基本能夠反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。分階段張拉橫梁預(yù)應(yīng)力束有利于平衡各橫梁的預(yù)應(yīng)力儲備,使橫梁的受力趨于合理。理論計(jì)算結(jié)果表明,紅楓湖特大橋除塔根部附近的橫梁預(yù)應(yīng)力儲備較小外,其他橫梁的預(yù)應(yīng)力利用充分。
參考文獻(xiàn):
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作者簡介:鄭暉(1979-),女,遼寧鞍山人,工程師,從事市政橋梁設(shè)計(jì)工作。