03-高墩多跨连续刚构桥最优合龙顺序选择
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第28卷第3期012年9月2
交 通 科 学 与 工 程
JOURNALOFTRANSPORTSCIENCEANDENGINEERING
Vol.28No.3
Se.2012p
)1674-599X(201203-0037-05 文章编号:
高墩多跨连续刚构桥最优合龙顺序选择
冷双全,张永水
()重庆交通大学桥梁与隧道工程系,重庆 400074
摘 要:高墩多跨连续刚构桥成桥后,混凝土的收缩、徐变以及温度的变化都会对主体结构的变形和内力产生较大的影响.结合工程实例,进行了合龙顺序的优化分析.分析结果表明:合理的合龙顺序既能保证高墩多跨连续刚构桥的成桥线形满足设计要求;也能保证桥梁在长期运行时,其承载能力满足实际要求.
关键词:高墩多跨连续钢构桥;合龙顺序;顶推力;优化分析中图分类号:U448.23 文献标识码:A
Theotimalselectionofthemultilesancontinuousriid - pppg
’framebridewithhihsclosureorderier ggp
,LENGShuanZHANGYonshuiuan - -ggq
(,DeartmentofBrideandTunnelEnineerinChonin pggggqg
,)JiaotonUniversitChonin400074,Chinaygqgg
:AbstractConcreteshrinkaeandtemeraturechanehavereateffectsonthedeforma -gpggirderiertionandinternalforceofandafterthemultilesancontinuousriidframe - gpppg
,withhihierhasfinishedcombinedwiththeexamlesofclosureorderotimibride -gpppgzationanalsis.Theresultsshowthatthereasonableclosureordercanbeobtainedto y
,surethemultilesancontinuousriidframebridewithhihierwhichcanbear - ppgggp,neativebendinmomentthebridelinearsatisfiesthedesinreuirements.stroner ggggqg
:;Kewordsthemultilesancontinuousriidframebridewithhihclosureorier - -ppgggpy ;;derforceotimizationanalsisackin pyjg
多跨连续 伴随着桥梁设计理论的不断提高,
刚构桥凭借其结构稳定性好、变形小、跨越能力强
]1-3
特别及施工进度快等优势得到了广泛的推广[.
桥梁在长期运行时结构内部应力是否正常、桥梁——变形是否合理.从1964年连续刚构桥的雏形—)主跨2桥建成至今,通08m的本道尔夫(bendorf过近半个世纪的研究与发展,国内、外学者认
6]
:连续刚构桥在分段施工过程中的长悬臂状为[
是其采用悬臂浇筑施工,这种不需要满堂支架、不影响桥下通航或行车的施工方法,在受力特点上充分利用了预应力混凝土承受负弯矩强的特点,将跨中正弯矩转移为支点负弯矩,提高了桥梁的跨越能力,使其在与其他桥型的竞争中优势得到更大的体现.
]4-5
合龙施工[是连续刚构桥悬臂施工过程中
态下,两悬臂端不可能做到荷载严格对称,当存在单向纵坡、多高墩且高度不等时尤为明显.因此,由桥墩高度的逐渐增加和各墩高度差较大引起的墩身压缩、墩顶的水平及转角位移等不容忽略.其解决的普遍方法为:在合龙施工过程中,在两悬臂
]7-9
,端施加一定的顶推力和配重[这样能有效地降
不可或缺的重要环节,合龙的成败也直接影响到
收稿日期:2012-05-27
,作者简介:冷双全(男,重庆交通大学硕士生.1985-)
38
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-5
采用N10.ewtonahson计算方法进行非线性-Rp
低因荷载不对称、混凝土收缩、徐变以及温度变化对悬臂端竖向挠度的影响,也能让多跨连续刚构以沙桥在体系转换过程中内力重分配更加合理.塘坝大桥右幅主桥为例,作者拟进行高墩多跨连续刚构桥合龙顺序的优化研究.
分析.使用M按照施工过程建立IDASCivil软件, 大桥主梁1主墩5有限元模型,37个单元,4个单元,假定各墩底与大地固结,两边跨直线段采用铰结.有限元分析模型如图2所示.3号和144号节点分别为5#和8#墩最大悬臂端控制截面,23号、56号、89号和122号节点分别为5#~8#墩墩顶箱梁控制截面
.
1 工程概况
沙塘坝大桥是重庆南川至涪陵高速公路上的一座重点大桥,分左、右幅设计.以沙塘坝大桥右)m,幅主桥为例,其跨径组合为(66+3×120+66结构形式为多跨连续刚构,桥全长6桥面94.0m,横坡2.设计荷载为公路-主桥采用三向0%,I级.预应力混凝土箱梁,单箱单室结构,箱顶宽12.0箱底宽6.单侧悬臂宽度3.箱梁跨中m,0m,0m.梁高2.墩顶根部梁高6.采用二次抛物7m,8m,主桥墩采用箱形墩和双肋式柔性薄壁墩线变化.
两种形式,墩高分别为94,82,85和58m.
沙塘坝大桥右幅主桥为五跨连续钢构桥,在对称悬臂施工过程中单个“构,划分为1T”4对标重点研究的是右幅主桥的两个边跨现浇准块件,
合龙段、两个次边跨现浇合龙段和一个中跨现浇除边跨合龙段采用满堂支架施工外,其他合龙段.
10]
各合龙段采用吊架现浇施工[桥型布置如图1.
图2 有限元分析模型
Fi.2 Thefiniteelementanalsismodel yg
3 合龙方案与顶推力的计算
3.1 各合龙方案
根据沙塘坝大桥右幅桥型特点及施工状况,现提出两种合龙方案进行优化比选.
方案Ⅰ的合龙顺序为:先完成边跨合龙,后完成中跨合龙,最后完成次边跨合龙.该合龙顺序是设计文件中建议的合龙施工顺序.
方案Ⅱ的合龙顺序为:先完成边跨合龙,后完成次边跨合龙,最后完成中跨合龙.该方案为比选合龙施工方案.3.2 顶推量的确定
1]
顶推量[是依据长期荷载作用和温度差作用
所示.
图1 沙塘坝大桥右幅主桥布置示意(单位:cm)Fi.1 TherihtcenterbrideoftheShatanba gggg
’(:Bridslaoutunitcm) gy
徐变以及实际合龙温度与下混凝土产生的收缩、
设计合龙温度的差引起的各桥墩墩顶水平位移来)确定的(见表1.
顶推的目的是消除表1中的水平位移,使其位移量为零,同时还需要考虑:
)大桥在合龙完成后为超静定结构,控制墩1
4]
顶水平位移量为零,实际上是难以实现的[.
2 有限元分析模型及其参数的选取
沙塘坝大桥右幅主桥主梁采用C55混凝土,
4-5
,;弹性模量为3.膨胀系数为1×155×10MPa0
)如果将表1中各控制截面的水平位移完全2
顶推还原,必定会因为合龙施工时顶推力过大,造成桥墩底部弯矩过大,使之受力不利.
箱形墩和双肋式柔性薄壁墩桥墩都采用C50混凝
4
,土,弹性模量为3.膨胀系数为1×45×10MPa
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39
)在顶推过程中,单“箱梁会由于施加的3T”顶推力而发生一定量的混凝土收缩,进而抵消一部分的顶推力.
表1 10年后主梁各控制截面的水平位移(未施加顶推力,设计合龙温度20℃)
Table1 Tenafterthecontrolsectionsoftheears y(dislacementofmainirdernottoexertahorizontal pg,thrustforcedesinclosuretemeratureof20℃) gp
节点号
水平位移/
mm101.3 67.8 24.8 -18.2-61.2-93.0
80%水平位移/
mm81.0 54.2 19.8 -14.6-49.0-74.4
20%水平位移/
mm20.313.65.0-3.6-12.2-18.6
平位移为主,实时观测顶推时各墩的水平位移.3.3 不同合龙顺序下水平顶推力的确定
由于沙塘坝大桥右幅主桥存在+2.1%的单向纵坡,因此,在悬臂端施加的顶推力方向必须与
5]
纵坡平行[根据水平位移,通过不断试算得到在.
,不同合龙顺序下的最优水平顶推力组合(见表2)可得到方案Ⅰ和方案Ⅱ1各桥0年后各控制截面(墩墩顶箱梁截面)的水平位移残余量均小于表1中顶推量的2两方案都满足顶推要求.0%,
3 23 56 89122144
4 合龙方案的比选
4.1 不同合龙顺序下的应力及挠度
预应力混凝土连续刚构桥因墩梁固结,具有足够的稳定性,合龙顺序的选择主要是根据大桥地形、交通、水文、地质、边跨和中跨的比例、受力
4]
,故合龙方案的确定就尤及稳定性等条件确定[
根据施工情况,沙塘坝大桥右幅主桥预计合龙时间在1此时当地平均温0月底至11月中旬,因此,可不考度与主桥设计合龙温度20℃一致,虑设计合龙温度与实际合龙温度之间的差对大桥合龙时的影响.通过试算,确定按表1中水平位移量的80%作为最优控制顶推量.
顶推原则为:以水平位移作控制,以顶推力作校核.进行水平位移和顶推力双控,以控制墩顶水
为重要.特别是在高墩多跨连续刚构桥中,最优的合龙顺序不仅能够控制各截面的内部应力和改善施工时的桥梁线型,而且还能够控制施工进度、合理地安排施工流程、缩短施工周期、节约施工成本利用M和提高施工安全.IDASCivil软件对不同 合龙方案进行模拟,计算各合龙阶段的理论应力和挠度,以及成桥10年后的理论应力和水平位移.计算结果分别见表3,4.
表2 不同合龙顺序下的最优水平顶推力组合
Table2 Theeffectofdifferentclosureorderundertheotimalhorizontalackinforcecombination pjg
顶推力/kN100
中跨合龙试算
200230250500
次边跨合龙试算
0001 1500
方案Ⅰ最优顶推力组合方案Ⅱ最优顶推力组合
中跨230 次边跨600
次边跨1500 中跨
-64.1
1800
-54.2
-19.6
15.6
50.3
61.0
-55.6
-54.0
-19.2
16.8
49.4
51.2
3 0 0 0 0 -18.5-36.3-55.6
主梁各控制截面水平位移/mm23 0000-17.7 -35.1 -54.0
56 -9.8 -18.1 -26.5 -31.4 2.45.27.3
89 7.6 13.7 23.2 28.9 -2.1 -4.7 -6.4
122 0 0 0 0 15.6 32.7 49.4
144000016.233.651.2
水平位移向左为负,向右为正. 注:
40
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表3 合龙段应力及最大挠度
Table3 Theclosuresectionstressandthemaximumdeflection
边跨合龙全桥
合龙方案方案Ⅰ方案Ⅱ
应力/MPa最大14.6513.89
最小-0.32 -0.15
边跨合龙挠度/cm14.74 16.21
次边跨合龙全桥应力/MPa最大14.2814.04
最小-0.12 0
次边跨合龙挠度/cm18.52 19.25
中跨合龙段全桥应力/MPa最大15.48 13.76
最小0 -0.34
中跨合龙挠度/cm21.38 19.13
全桥最大挠度/cm19.4322.04
挠度向下为正,向上为负;压应力为正,拉应力为负. 注:
表4 半桥成桥状态应力及水平位移
Table4 Thestressandthedislacementofthehalfbridebridestate - pgg
方案Ⅰ的应力与位移
截面位置
最大主拉应力/
MPa
支座
边跨
/14截面/12截面/34截面5#墩根部
/14截面
次边跨
/12截面/34截面6#墩根部中跨
/14截面/12截面
3.458 1.328 2.541 1.717 2.085 2.038 1.144 2.303 1.973 2.055 0.994
最大主压应力/
MPa10.214 20.573 22.440 21.931 23.042 24.0220.89923.778 25.012 22.00521.942
水平位移/
cm3.73 2.52 1.73 1.05 0 -2.18 -1.52 1.47 0 -2.34 0.24
方案Ⅱ的应力与位移
最大主拉应力/
MPa3.458 0.962 1.856 0.884 1.773 1.831 0.944 1.357 1.718 1.558 0.592
最大主压应力/
MPa10.214 18.591 19.045 17.360 20.517 21.82118.43419.084 21.035 19.37017.365
水平位移/
cm1.711.250.820.360-1.36-0.840.790-1.47-0.13
水平位移向左为负,向右为正;拉应力为负,压应力为正. 注:
4.2 两合龙方案的优劣
两合龙方案的优劣主要从施工质量、安全、进度和经济等方面进行评比.
)方案Ⅰ:边跨合龙后,进行中跨合龙施工,1
中跨跨中产生的上挠量较大,增加了挠度的控制难度,需要的配重也难控制;最后进行次边跨合龙,合龙顶推时需要同时顶推6#,此时中跨7#墩,结构刚顶推合龙已完成,6#,7#墩成为整体结构.度的增加,则需要的顶推力较大.最终增加了顶推位移和顶推力的控制难度,造成施工比较困难,因此,较难达到设计要求.
)方案Ⅱ:边跨合龙后,进行次边跨中跨合龙2
施工,其水平顶推力比方案Ⅰ的小,容易控制各截但此时各次边跨跨中截面的面的水平顶推位移,
上挠量比方案Ⅰ的大;最后进行中跨合龙施工,其水平顶推力比方案Ⅰ的大,水平顶推位移较难控制,但此时中跨跨中截面的上挠量比方案Ⅰ的小.
同时,在进行中跨大合拢时,需要的水平顶推力较所需钢骨架面积也大,对建设成本投入有一定大,
的影响,需要综合考虑.
根据规范要求,在施①从结构的安全上考虑.
应力在短期效应和长期效应作工阶段结构内部,
用下不大于其允许应力,方案Ⅰ和方案Ⅱ都满足规范要求.
施工挠度和预拱度的优②从控制截面应力、
方案Ⅰ和方案Ⅱ成桥1化原则上考虑.0年后各控制截面的应力相差甚微;而在施工阶段,方案Ⅱ各控制截面的应力分别小于方案Ⅰ对应的各控制截面的应力,方案Ⅱ较方案Ⅰ好.
③从施工挠度和预拱度的优化原则上考虑.依据施工挠度和预拱度最小的优化原则,方案Ⅰ的全桥最大施工挠度和预拱度的设定较方案Ⅱ的大,从而使得方案Ⅱ预应力束的张拉难度有所提高,在这方面,方案Ⅰ优于方案Ⅱ.
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方案Ⅱ由两边向中间④从施工难度上考虑.
对称合龙推进,降低了施工难度,使施工更加流增强施工的安全性.为此,在经济成本上考虑畅,
方案Ⅱ占优.
通过分析可知,两种合龙方案各有所长,但依据以控制墩顶水平位移为主、顶推力作校核的顶推原则,结合实际施工进度,综合分析表明,总体上方案Ⅱ更优,因此,选用边跨→次边跨→中跨的合龙施工顺序.
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5 结语
连续刚构桥作为近20年中国发展最快的桥型,同时中国西部地区特有的地形又使得多跨连续刚构桥成为该地区桥梁建设中最基本的桥型之
2]
多跨连续刚构桥采用悬臂浇筑的施工方法一[.
给桥梁结构带来较为复杂的内力变化.为了保证确保成桥后的主梁线桥梁施工质量和施工安全,
使连续刚构桥的实形和结构内力符合设计要求,
际状态最大限度地趋近设计状态,从结构受力、变形、施工难度以及经济性等方面入手,对两种不同以施工监控和监的合龙方案进行了比较和分析;
测返回的数据作为比选依据,获取了最优的高墩多跨连续刚构桥施工合龙方案:边跨→次边跨→中跨的合龙施工顺序,为以后其他此类桥的合龙施工提供参考.):参考文献(References
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