预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程空间分析

预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程空间分析

总第 2 1 4期 21 00年第 4期

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Tr n p r a in S in e& Te h o o y a s o t t ce c o c n lg

Se i1N o 24 ra . l No. 4 A u 2 0 g. 01

预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程空间分析董继恩刘东升(中交第二公路勘察设计研究院武汉 405) 3 0 2

摘

要

结合混凝土连续梁桥设计和有限元理论，用有限元分析程序 ANS S对一座典型的 3运 Y,

跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥施工过程进行空间受力分析，论了悬臂施工各阶段预应力效讨应和温度变化对空间应力分布的影响。

关键词预应力混凝土

连续箱梁桥

空间分析

预应力混凝土箱梁具有较大的刚度和良好的抗扭性能，结构受力性能好、型美观、造跨越能力

土变截面箱形梁，体为单箱单室截面，梁箱梁顶宽 1 .底宽 6 8m, 3 5m, .悬臂长度为 3 3梁高沿 . 5m,跨径的变化采用二次抛物线，形截面如图 1箱所示。箱梁采用对称挂篮悬臂现浇施工，合龙时则采用吊架，臂施工各计算阶段如图 2所示。悬

大等优点口。高强度、收缩徐变、凝早强、]低缓高弹性模量等高性能混凝土的出现以及大吨位预应力的应用，使预应力连续梁桥具有强大的更生命力。

随着我国高速公路的大量兴建，应力混凝预土箱梁得到了迅速发展，现为跨度的增大和构表造的先进性。在 5~ 1 Om的跨径范围，应力 0 5预

混凝土连续箱梁占主导地位，大量采用单箱单并室大悬臂的薄壁结构。

图 l箱梁横断面示意图

箱梁混凝土设计标号 C o 5。采用纵向、向、横

变截面预应力混凝土连续箱梁桥的施工方法很多，中悬臂浇筑施工法应用最广。悬臂浇筑其法又称平衡伸臂法、篮法及吊篮法∞。它是以挂]已经完成的墩顶段 (常称 0号块 )起点，过通为通悬吊的挂篮从立模、筑混凝土、拉预应力钢浇张

竖向预应力布置，向预应力束和横向预应力束纵符合 A TM标准，别为厂 5 2 S分 1 . 4高强低松弛 20 7 K级钢绞线和高强低松弛 2 0 7 K级钢绞线，抗拉标准

强度为 18 0 MP,拉控制应力为抗拉 6 a张标准强度的 7, 13 5MP;竖向预应力筋 5即 9 a而

筋，逐段对称地向两侧跨中合龙，成整桥。在平形衡悬臂浇筑阶段，由于容易出现偏载或因风力而产生不平衡弯矩，因此，在施工中往往除将墩梁临

则采用 J 2精轧螺纹钢筋，拉标准强度为 9 0 L5抗 5 MP,拉控制应力为抗拉标准强度的 7, a张 2即 6 4MP。设计时挂篮自重取 5 2k前后支点 8 a 2 N,相距 7 5I前支点距待浇筑块边缘 0 5r。 . n, . n2有限元模型为了准确模拟预应力混凝土变截面箱形梁桥

时固结，在桥墩或墩旁加设临时支撑，还以承受不平衡弯矩，证双悬臂体系的稳定性。保本文针对预应力连续箱梁桥悬臂施工阶段的 受力特征，一座典型的变截面预应力连续箱梁以桥为背景，其悬臂施工阶段采用有限元理论进对

各施工阶段结构的实际受力特征，助 An y大借 ss

行空间仿真计算和分析研究，类似桥梁的设计为提供参考和验证。1工程背景

型有限元分析程序，采用实体单元 (oi 9 )立 sl 5建 d空间有限元分析模型，利用杆单元 ( n ) 1 k8模拟预 i应力钢束的作用，最大悬臂状态空间有限元 j其模型如图 3示。悬臂施工阶段纵、、向预应所横竖

某桥主跨为 4 0m十7 Om+4 I 0I预应力混凝 T收稿日期：0 0 0一 1 2 1— 3O

力钢束之张拉顺序为：张拉第”节段纵向钢束时，张拉第 n一3节段之横、向预应力钢束。竖

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董继恩

刘东升：预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程空间分析

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匝0号块汁算简图/u/

哑

3口块计算简

圆

I号块算简图

2号块汁算简幽

4号块计算简图

5块计算简

7_块计簧简 口

J圆l @} I⑦④③l回I ①⑦l0

8弓块训算简图

9号块计算简

图 2悬臂施工各阶段的计算简图

剪力滞效应，即靠近腹板处顶板的正应力大于靠近顶板中点或悬臂板边缘处的正应力。随着悬臂长度的增加并考虑分段张拉的预应力

束的作用，

梁体内正应力分布逐渐趋于均匀；其悬臂端挠但度则明显增大。本计算没有考虑横向和竖向预应

力筋对箱梁整体刚度的贡献，向应力计算结果横(表 2表明在一些工况下，板的横向拉应力见 )顶图 3空间有限兀模型

明显偏大。特别是随着悬臂长度的增加，腹板在和顶板交界处将产生很大的横向拉应力，可能有

3数值计算结果与分析3 1预应力效应 .

超过混凝土的抗拉设计强度。 为了能够较为真实地反映施工过程中分段张

拉的预应力束对箱梁应力、形的影响，文选择变本了 4个施工阶段 (况 )行数值计算： 0号块工进①施工完毕； 1号块施工完毕，臂长度 8 5m;②悬 . ③ 4号块施工完毕，臂长 1④ 8号块施工悬 9m;

完毕，悬臂长 3 4m。施工过程中，工至工况 1施、工况 2工况 3工况 4时，、、墩顶箱梁截面正应力横向分布及箱梁悬臂端的挠度计算结果如表 1 2、所列。表 1支座截面顶板正应力及悬臂端挠度值(载 )恒工况 1 MP 2 MP 3 MP / a/ a/ a/ MP 5 MP U/ a/ a mm

图 4箱梁顶板主应力图

表 2支座截面顶板横向应力(载)恒工况 3" 1 s 2 “ 4

MP a

①②③④

一0 O — 0 0 .1 .9一0 O .1一0 O .0一0 O .0

0 3 .3 0 6 .7 1 1 .71 1 .8

0 3 .4 0 5 .2 0 7 .90 7 .5

— 02 .1— 01 .3—0 1 .5— 02 .2

0 2 .4 0 7 .61 2 .9

①②③

16 .3 35 .86 9 .3

2 4 .1 3 7 .56 6 .4

2 8 .2 3 9 .06 4 .1

2 7 .8 3 9 .16 4 .7

1 6 .3 2 9 .45 1 .2

0 Z .2 1 0 .65 1 .3

注 ( 1 )别为顶板横桥向距截面对称轴距离 6 7、 ~5分 . 5 4 9 3 4 3 00m处的横向应力。 .、.、.、

④

87 .2

8 2 .6

7 9 .7

7 9 .8

6 3 .4

6 8 .9

注 (=1 5分别为顶板横桥向距截面对称轴距离 6 7、 ~ ) . 5

4 9 3 4 3 0、处的正应力；为悬臂端顶板中心处竖向 .、.、 . 0 m U挠度。

3 2温度变化的影响 .

关于温度变化对上述 4施工阶段箱梁结构个

本桥采用对称挂篮悬臂现浇施工，因此其一期恒载和施工荷载可以看作是对称加载的，以工况②为例，其墩顶截面箱梁顶板的正应力分布如图 4所示。从图 4可以看出，悬臂施工开始阶段只考虑自重和施工荷载时，顶处梁体表现为正墩

的影响，考国内外相关规范对桥梁结构温度变参化的规定，根据工程所在地的气温变化情况，采用 4种温度模式来计算预应力混凝土连续梁桥在施工过程中的温度应力和变形：体系均匀升温 l① 0℃;体系均匀升温 5℃;体系均匀降温 5℃;②③

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董继恩刘东升：应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程空间分析预

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④体系均匀降温 1 O℃。

降温 1 0℃对箱梁支座截面处顶板与腹板交界处的应力与恒载相比增加不到 l;箱梁悬臂端 O对顶板中心处的挠度与恒载相比相差不到 5。这

从表 3可以看出，温度变化曲线沿箱梁对当称分布时，箱梁的变形及应力也是沿竖向对称轴对称分布的。沿纵桥向顶板的最大应力和最小应力分别产生在腹板与顶板交界处和顶板中心处， 这一点与恒载的作用效果相似。表 3墩顶截面顶板正应力及悬臂端挠度值 (载+温度 )恒

实际上表明，温度均匀变化对预应力混凝土连续梁桥施工控制几乎可以忽略不计。至于温差应

力、度梯度变化对施工过程的影响本文暂未温涉及。

4结论

( )采用三维空间有限元模型对连续梁施工 1

过程进行分析，相对于平面杆系模型而言，能更为准确地反映结构的空间受力状态。 ( )在横截面设计上，该充分考虑横向、 2应竖向预应力效应的影响，则在腹板和顶板交界处否

有可能产生很大的横向拉应力而超过混凝土的抗拉强度。

( )施工过程中恒载与温度变化对结构空间 3应力和变形的影响非常明显，别是桥址范围内特

环境温度的不均匀性和温度梯度变化对施工过程的影响十分复杂，有待于

进一步研究。仍参考文献

[]范立础 .应力混凝土连续梁桥[ .京：民交 1预 M]北人通出版社，0 1 20.注 ( i I 5 )别为顶板横桥向距截面对称轴距离=~,分 6 7、.、.、.、 . 5 4 9 3 4 3 0 0I n处的正应力；为悬臂端顶板中心处竖 U向挠度。

[]张继尧，昌将 .臂浇筑预应力混凝土连续梁桥 2王悬[ .京：民交通出版社，0 4 M]北人 20.

此外，温度均匀变化对箱梁应力分布和变形的影响并不明显，在最大悬臂状态，体系升温或者

[]张立明.A g rA ss桥梁工程中的应用方法与 3 lo、 n y在 实例[ .京：民交通出版社，03 M]北人 20.

S a i lAn l s s f r Ca tlv r Co s r c i n o e t e s d Co c e e p ta a y i o n ie e n t u to f Pr s r s e n r t

Co i u u x g r e i g ntn o sBo— id r Br d eDo g e,Li n he g n Jin u Do gs n( i Chna Comm u c to c nd ihw a r y De i nd Re e r h I s iu e,W u n 43 052, i ) nia insSe o H g y Su ve sgn a s a c n tt t ha 0 Chna

Ab ta t n t spa e,t o t u ton pr c s fp e t e s d c nc e e c ntnu s b— id rbrd sr c:I hi p r he c ns r c i o e s o r s r s e o r t o i ou ox g r e ige wih v r i e t ss mu a e y FEM .The i fu n e o e d l a nd t mp r t r h ng n t t a yng d p h i i l t d b n l e c f d a o d a e e a u e c a e o he d s l c me n t e s o he brd e i x o e nd s m e me n n u o l so r r wn f r t ip a e nta d s r s f t i g s e pl r d a o a i gf lc nc u i ns a e d a o he

c n t u to o t o fc n i u u o

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