連續剛構橋梁合龍段張拉順序調整設計

雙龍北線道路工程大偏坡橋位于貴州省貴陽市市域東南與黔南州交界地區，地勢呈西南高、東北低、中部隆起，地貌類型復雜多樣，自然景觀千姿百態。大偏坡橋右幅連續剛構橋邊跨合龍段在混凝土澆筑前，已按設計要求對臨時鋼束進行張拉，張拉力滿足設計要求，混凝土澆筑前已進行外剛性支撐焊接鎖定，進行中跨合龍段施工時，各合龍段外剛性支撐保持鎖定狀態，未拆除。根據2017年9月21日大偏坡橋合龍段施工情況召開專家論證會上的專家意見，將中跨已張拉500kN的臨時鋼束張拉至設計噸位，增強跨中合龍段抗拉能力，并檢測邊中跨砼有無裂縫，因此，需要根據實際情況調整邊、中跨鋼束張拉順序。

1.合龍張拉方案

1.1 工程概況

本橋主橋系預應力混凝土連續剛構橋，主橋上部結構為40m+70m+40m三跨變高度預應力混凝土連續箱梁。全長150m，橋寬15.85m，為單箱雙室結構。從一端到跨中節段數分別為：邊跨現澆段4m、邊跨合龍段2m、掛籃懸澆段28.5m、墩頂0號塊11m、掛籃懸澆段28.5m、中跨合龍段2m，其中掛籃懸澆段分為9段，分別為6*3m+3*3.5m，箱梁高度和底板厚度按二次拋物線變化。

1.2 計算合龍張拉方案

設計要求總體張拉順序須符合“由外向內，先長束、后短束”的順序對稱張拉，邊跨和中跨合龍段斷面鋼束布置如圖1所示。

方案1：分批張拉中跨和邊跨合龍段鋼束

第一批：張拉邊跨鋼束ST1、中跨鋼束CT1靠邊腹板側各2束，共計6束；

第二批：張拉邊跨鋼束SB1，張拉中跨鋼束CB1靠邊腹板側各2束，共計6束；

第三批：張拉中跨鋼束CB1靠中腹板側2束，共計2束；

第四批：張拉邊跨鋼束ST2、中跨鋼束CT2靠邊腹板側各2束，共計6束；

第五批：張拉邊跨鋼束SB2，張拉中跨鋼束CB2靠邊腹板側各2束，共計6束；

第六批：張拉中跨鋼束CB2靠中腹板側2束，共計2束；

第七批：張拉邊跨鋼束ST1、中跨鋼束CT1靠中腹板側各2束，共計6束；

第八批：張拉邊跨鋼束SB3，張拉中跨鋼束CB3靠邊腹板側各2束，共計6束；

第九批：張拉中跨鋼束CB3中腹板側2束，共計2束；

第十批：張拉邊跨鋼束ST2、中跨鋼束CT2靠中腹板側各2束，共計6束；

第十一批：張拉邊跨鋼束SB4，張拉中跨鋼束CB4靠邊腹板側各2束，共計6束；

第十二批：張拉中跨鋼束CB4靠中腹板側2束，共計2束。

方案2：先張拉中跨合龍段鋼束再張拉邊跨合龍段鋼束

先張中邊跨合龍段鋼束，張拉完中跨合龍段鋼束后，再張拉邊跨合龍段鋼束。

方案3：先張拉邊跨合龍段鋼束再張拉中跨合龍段鋼束

先張拉邊跨合龍段鋼束，張拉完邊跨合龍段鋼束后，再張拉中跨合龍段鋼束。

2.模型建立

2.1 計算模型

采用Midas Civil 8.3.2建模，根據圖紙中給定的材料（C55混凝土、φ15.2mm抗拉強度標準值為1860MPa的預應力鋼束等）、截面形式和尺寸建立材料特性值，本模型主梁64個單元、橋墩56個單元。根據工程實際荷載情況施加自重荷載、預應力荷載、二期恒載114.53kN/m、掛籃荷載800kN及移動荷載等，根據3種合龍張拉施工方案，分別定義施工階段進行計算分析。（圖2）

2.2 荷載工況

（1）自重

自重系數：-1.04

（2）整體升降溫

整體降溫：-18.00℃

整體升溫：24.00℃

（3）梁截面溫度

如表1、表2所示。

表1 橋面降溫

表2 橋面升溫

（4）徐變收縮

收縮齡期：3天；

構件理論厚度：1m；

理論厚度自動計算：由程序自動計算各構件的理論厚度，公式為：

周長u的計算公式中L0為外輪廓周長，Li為內輪廓周長，a為要考慮內輪廓周長的比例系數[1]。

（5）可變荷載

活載：汽車荷載，橋梁等級為公路I級；

對于汽車荷載縱向整體沖擊系數μ，按照《公路橋涵通用設計規范》第4.3.2條，沖擊系數μ可按下式計算[2]：

當f＜1.5Hz時，μ＝0.05；

當1.5Hz≤f≤14Hz時，＝0.1767ln(f) － 0.0157；

當f＞14Hz時，μ＝0.45；

根據規范，計算的結構基頻f=3.57Hz，沖擊系數μ = 0.209。

3.施工階段分析

通過表3可以看出，在張拉過程中，合龍段截面的相對變形普遍較小。另外方案1不出現拉應力，方案2和方案3出現拉應力，方案2在張拉完中跨時在邊跨現澆段出現最大拉應力0.5MPa；方案3在張拉完邊跨合龍束時在中跨合龍段出現最大拉應力0.3MPa，綜上所述，在3個方案中出現拉應力的方案2和3的最大拉應力均小于規范1.53MPa限值要求，方案1最為合理。

4.結構正截面抗裂驗算

對于全預應力混凝土構件，在作用（荷載）短期效應組合下，應符合下列條件：

預制構件：σst－0.85σpc≤0 ；

圖1 邊跨和中跨合龍段斷面鋼束布置圖

圖2 計算模型圖

分段澆筑或砂漿接縫的縱向分塊構件：σst－0.80σpc≤0（圖3-圖 5）。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）第6.3.1-1條驗算： ，根據計算結果方案2和方案3超0.04MPa左右，非常小，基本滿足要求，方案1滿足規范要求。

5.正截面混凝土法向壓應力驗算

按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）第7.1.5-1條，荷載取其標準值，汽車荷載考慮沖擊系數[3]。受壓區混凝土的最大壓應力：

未開裂構件：σkc＋σpt≤0.5fck；

允許開裂構件：σcc ≤0.5fck（圖6-圖8）。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）第7.1.5條驗算：σkc＋σpt =8.65MPa≤0.5fck = 17.75MPa，滿足規范要求。

6.短暫狀況構件應力驗算

按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）第7.2.8條，截面邊緣混凝土的法向壓應力應符合下式規定：σtcc≤0.70f'ck（圖9-圖11）。

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004） 第7.2.8條 驗 算：σtcc =11.04MPa≤0.70f'ck = 19.88MPa，滿足規范要求。

表3 張拉過程中撓度變化表（單位：mm ，+表示上；-表示下）

圖3 方案1結構正截面抗裂驗算結果圖形

圖4 方案2結構正截面抗裂驗算結果圖形

圖5 方案3結構正截面抗裂驗算結果圖形

圖6 方案1正截面混凝土法向壓應力驗算結果圖形

圖7 方案2正截面混凝土法向壓應力驗算結果圖形

圖8 方案3正截面混凝土法向壓應力驗算結果圖形

圖9 方案1短暫狀況構件應力驗算結果圖形

圖10 方案2短暫狀況構件應力驗算結果圖形

圖11 方案3短暫狀況構件應力驗算結果圖形

7.結論

預應力混凝土連續鋼構梁橋因合龍階段及合龍鋼束較多，調整邊中跨合龍段張拉順序對成橋后受力狀態影響很大。本文對3種合龍張拉施工方案分別分析計算了合龍段截面的相對變形、最大拉應力，并進行了結構正截面抗裂驗算、正截面混凝土法向壓應力驗算，短暫狀況構件應力驗算、對比后發現，方案1在張拉過程中，合龍段截面的相對變形較小，最大拉應力滿足規范1.53MPa限值要求，結構正截面抗裂驗算、正截面混凝土法向壓應力驗算、短暫狀況構件應力驗算滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）要求，因此對于該橋而言，分批張拉中跨和邊跨合龍段鋼束最為合理。