基于底板束预张拉的大跨PC连续刚构桥新型合龙技术.pdf

第 卷第期 年 月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o O c t 基于底板束预张拉的大跨P C连续刚构桥新型合龙技术胡志坚刘宇航夏雷雷(武汉理工大学交通与物流工程学院武汉 )摘要:文中以萍莲高速某预应力混凝土连续刚构特大桥为研究对象,基于等效荷载法,将中跨预应力底板束预张力分解为钢束沿程竖向荷载及锚固点水平力,提出不施加配重,浇筑合龙段混凝土同时预张拉底板束消除湿重下挠效应的合龙技术采用M i d a s/C i v i l建立有限元模型,完全模拟全桥施工阶段,将新型合龙技术与等位移配重法合龙进行对比,分析两种合龙方法成桥后全桥线形与应力差异结果表明:新型合龙技术在不使用配重的前提下,能有效消除合龙过程中合龙口附近截面扰动,成桥累计变形值最大提升 mm,底板压应力储备为 MP a,年收缩徐变后底板压应力为 MP a,与传统方法相比压应力储备未明显减少,满足设计要求关键词:连续刚构桥;新型合龙技术;等效荷载法;钢束预张拉;合龙段施工中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:胡志坚(),男,博士,教授,主要研究领域为装配式桥梁快速建造(A B C)技术通信作者:刘宇航(),男,硕士生,主要研究领域为道路与桥梁工程基金项目:江西省创新驱动“”项目高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥合龙后,桥体将由静定结构转变为超静定结构,内力与合龙前极大不同在合龙过程中,配重是一个关键步骤配重的主要作用是:确保合龙段混凝土浇筑过程中,合龙口不发生位移,保证合龙段线形平顺合龙口发生位移,底板混凝土易出现横向裂缝,会产生安全隐患,影响施工质量现有研究在使用配重物时通常使用水箱或沙袋,少数情况下也使用挂篮使用沙袋或挂篮配重时,因合龙段混凝土浇筑过程中卸载不方便或挂篮移动速度不易控制等原因,实际工程中多采用水箱配重针对配重大小的计算,张新志等描述了等重量配重法的原理,即施加与合龙段混凝土相等重量的方法,其配重大小容易确定张谢东等在合龙计算时采用等重量法配重邬彪红采用等弯矩配重法计算压重,并顺利合龙朱世峰提出等位移法配重,使合龙段两端悬臂在浇注合拢段砼时不发生相对位移李定伦以水箱重量作为变量,给出等位移配重法配重与合龙段重量的理论关系式,以及三跨连续刚构桥配重的理论计算公式赵成升等选择在水箱压重后,临时张拉纵向预应力束,以抵消温度降低时梁体两端对合龙段新浇筑混凝土的影响但是对于地势恶劣的施工环境或取水困难时,最好能提出一种不需要配重的合龙方式,使得合龙后成桥线形和内力满足桥梁设计要求文中提出一种基于箱梁底板束预张拉的新型合龙技术,从而取消合龙配重即提前分批张拉底板预应力束,达到与水箱配重消除合龙口位移同样的效果并以合龙口不发生扰动作为控制条件,通过合龙前、浇筑混凝土后以及成桥后全桥线形和应力状态的实桥对比分析,确保使用新型合龙技术的可行性和可靠性原理新型合龙技术因取消配重,中跨合龙施工顺序为:安装吊架锁定劲性骨架混凝土浇筑(同时预张拉部分底板钢束)混凝土养护拆除劲性骨架后续底板束张拉变截面连续刚构桥合龙段的劲性骨架焊接后,两悬臂间具有连接,合龙段截面刚度即为劲性骨架的整体刚度合龙段混凝土浇筑后可将其简化为集中荷载G作用于合龙口位置底板预应力筋张拉后锚固于梁体上,预应力筋张拉效应可分解为两部分:预应力筋沿程的等效竖向荷载q;作用于合龙束锚固点压力T见图图梁体受力图计算等效竖向荷载q时,可以认为预应力束为图的弧线,取微端dL分析图等效竖向荷载分析示意图得到qT/R式中:T为预应力束张力;R为底板曲线半径底板合龙钢束按照底板曲线布置,此时预应力钢束张拉后会产生上拱效应,位移效应见图图位移效应示意图合龙口位移可使用力法进行位移求解,剪力和轴力引起的竖向挠度忽略不计每根钢束单独作用于梁体时合龙口竖向位移值fi,湿重作用下合龙口产生的挠度为fG根据叠加法原理,合龙段混凝土浇筑时合龙口位移值ffifG合龙段混凝土浇注过程中同步张拉的底板钢束选取需遵循以下原则:选取长束,减小张拉过程中钢束对合龙口附近块段的劈裂效应;选取对合龙口竖向位移影响较大的钢束,以此减小合龙过程中所需张拉力工程应用 工程概况某特大桥桥孔布置为 m m m,见图主桥上部结构采用变截面单箱单室箱梁,箱梁断面采用直腹板断面墩顶处梁高 m,合龙段及及边墩现浇段高 m,梁段高按 次抛物线(y x/)变化;跨中底板厚度为 c m,根部底板厚度为 c m,其间按 次抛物线(h x)变化主梁采用C 号混凝土;跨中底板共布置 束纵向预应力束,均用直径 mm高强度、低松弛 钢 绞 线,抗 拉 强 度 标 准 值fp k MP a;边跨底板纵向束为股,中跨底板纵向束为 股;纵向钢束张拉控制应力采用 MP a;钢束曲线与底板曲线平行,在横截面上对称布置图全桥立面图中跨底板预应力束由 束(编号Z Z 、Z Z ,其中Z Z 与对应附加束Z Z ,各自平弯竖弯曲线一致,认为其单独效应相同)组成,边跨底板预应力束由束(编号B B)组成,图为钢束布置图和梁体阶段编号图中跨钢束束布置图 单根钢束作用位移效应值因湿重混凝土作用下边跨合龙中边跨合龙口位移仅为G B mm,位移影响很小,故本文仅分析中跨合龙段中跨合龙口混凝土浇筑后产生的位移为G Z mm选取 节段内所有底板束作为合龙用钢束表为不同张拉应表合龙口位移效应值钢束编号不同张拉控制应力占比()的位移效应值/mm Z Z Z Z Z Z 第期胡志坚,等:基于底板束预张拉的大跨P C连续刚构桥新型合龙技术力下各钢束张拉对应的合龙口位移效应值张拉应力上限值取文献 规定的钢束最大初应力,即张拉控制应力的 合龙施工阶段分析提取混凝土浇筑完成后中跨各截面位移计算值,结果见图由图可知:湿重混凝土作用下,中跨各截面均产生一定下挠,在合龙口附近下挠值最大使用本文方法合龙,在合龙口附近基本未发生扰动选图新型合龙技术中跨各截面位移值取跨中附近四个截面作为分析对象,其位移值见表表跨中附近截面位移变化值单位:mm截面号墩大里程 号墩小里程 直接合龙 本文方法 由表可知:若直接合龙,中跨截面均产生一定下挠值,最大为 mm位于合龙口处;使用本文方法合龙,合龙口位移仅为 mm,可有效消除合龙段浇筑时合龙口的扰动,减少浇筑过程对未成形混凝土的影响 成桥累计变形新型合龙技术施工过程中,待合龙段混凝土达到设计规定强度后,对预张拉钢束进行放张处理提取配重作用以及钢束放张中跨各截面下挠计算值,见图由图可知:配重产生的中跨累计下挠值远大于放张产生的下挠值,两者差值在墩顶处最小,越靠近合龙口越大,最大差值为 mm图不同作用下梁体位移值本文方法没有配重这一步骤,故与传统配置合龙施工方法的累计变形值有明显区别本文计算得到成桥后累计位移最大差值为 mm,位于图的号墩大里程合龙口处图成桥累计变形值图中合龙口两个悬臂端变形值不对称,这是因为边跨合龙已经完成,号墩与号墩所对应的受力体系不同所致 全桥应力分析该桥为单向三车道布置,根据文献 计入横向车道布载系数及纵向折减系数施加车道荷载计算活载效应时,取最不利荷载工况分析,车道荷 载 作 用 下,全 桥 底 板 最 大 拉 应 力 为 MP a,位于跨中底板处,见图由图可知:使用本文方法合龙,桥体经过 年收缩徐变的作用,跨中压应力储备为 MP a,使用新型合龙技术成桥后的桥体完全满足设计要求相较于等位移配重法,在中跨跨中底板压应力差值最大为 MP a,见图 如需加大压应力储备,可进一步通过底板预应力束设计实现但根据文献 ,连续刚构桥跨中底板压应力储备不是越大越好,其合理范围在MP a,从压应力储备角度来看,本文合龙方法优于传统方法图 年收缩徐变及活载作用全桥下缘应力计算值结论)基于箱梁底板束预张拉的新型合龙技术可完全取消配重,方便施工,完全满足设计要求)新型合龙技术在合龙过程中保持合龙口不发生扰动,减少浇筑过程对未成形混凝土的影武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷图 成桥十年过程中跨中合龙段底板压应力变化图响,保证合龙段质量)与传统技术相比,使用新型技术合龙全桥底板压应力没有明显减少,且更优于传统方法参 考 文 献张新志,张永水,朱慈祥,等预应力混凝土连续刚构桥中跨合龙段配重方法探讨J施工技术,():张谢东,詹昊,舒洪波,等大跨度预应力混凝土连续梁桥合龙施工技术研究J桥梁建设,():邬彪红汉宜铁路蔡家湾汉江特大桥施工技术J桥梁建设,():朱世峰多跨连续刚构桥结构线形控制与合拢技术研究D重庆:重庆交通大学,李定伦连续刚构桥中跨合龙配重效应分析J中外公路,():赵成升,山桐拉萨纳金大桥合龙施工控制技术J公路,():钟新谷,林小雄,舒小娟预应力混凝土变截面箱梁桥底板预应力束的等效径向力研究J土木工程学报,():中华人民共和国交通运输部公路桥涵施工技术规范:J T G S北 京:人 民 交 通 出 版 社,中华人民共和国交通运输部公路钢筋混凝土及预应力混凝 土 桥涵 设计 规 范:J T G S北京:人民交通出版社,中华人民共和国交通运输部公路桥涵设计通用规范:J T G D S北 京:人 民 交 通 出 版 社,梅建松,方怀霞大跨连续刚构合龙段底板混凝土崩裂原因分析及处治J世界桥梁,():N e wC l o s u r eC o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g yo fL o n g s p a nP CC o n t i n u o u sR i g i dF r a m eB r i d g eB a s e do nP r e t e n s i o no fP r e s t r e s s i n gS t r a n d i nt h eB o t t o mS l a bH UZ h i j i a n L I UY u h a n g X I AL e i l e i(S c h o o l o fT r a n s p o r t a t i o na n dL o g i s t i c sE n g i n e e r i n g,W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n gap r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sr i g i df r a m eb r i d g ei nP i n g l i a nE x p r e s s w a ya st h er e s e a r c ho b j e c t,b a s e do nt h ee q u i v a l e n tl o a dm e t h o d,t h ep r e t e n s i o no fm i d s p a np r e s t r e s s e df l o o rb e a mw a sd e c o m p o s e d i n t ov e r t i c a l l o a do f s t e e l b e a ma l o n g t h ew a ya n dh o r i z o n t a l f o r c eo f a n c h o r a g ep o i n t T h ec l o s u r et e c h n o l o g yw a sp u tf o r w a r d,i nw h i c ht h ec o n c r e t ei nt h ec l o s u r es e c t i o n w a sp o u r e dw i t h o u t c o u n t e r w e i g h t,a n dt h eb o t t o mp l a t eb u n d l ew a sp r e t e n s i o n e dt oe l i m i n a t e t h ed o w n w a r dd e f l e c t i o ne f f e c to fw e tw e i g h t M i d a s/c i v i lw a su s e dt oe s t a b l i s ha f i n i t ee l e m e n tm o d e l,w h i c hc o m p l e t e l ys i m u l a t e dt h ew h o l eb r i d g ec o n s t r u c t i o ns t a g e T h en e wc l o s u r e t e c h n o l o g yw a sc o m p a r e dw i t ht h ee q u a ld i s p l a c e m e n tc o u n t e r w e i g h tc l o s u r em e t h o d,a n dt h ed i f f e r e n c eo ft h ew h o l eb r i d g es h a p ea n ds t r e s si nt h et w oc l o s u r em e t h o d sw a sa n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h en e wc l o s u r et e c h n o l o g yc a ne f f e c t i v e l ye l i m i n a t e t h ec r o s s s e c t i o nd i s t u r b a n c en e a r t h ec l o s u r eo p e n i n gw i t h o u tu s i n gc o u n t e r w e i g h t T h em a x i m u mc u m u l a t i v ed e f o r m a t i o no f t h eb r i d g e i s i n c r e a s e db y mm,a n dt h ec o m p r e s s i v es t r e s sr e s e r v eo ft h eb o t t o mp l a t ei s MP a A f t e rt e ny e a r so fs h r i n k a g ea n dc r e e p,t h ec o m p r e s s i v es t r e s s r e s e r v eo f t h eb o t t o mp l a t e i s MP a,w h i c hi sn o ts i g n i f i c a n t l yr e d u c e dc o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a lm e t h o da n dm e e t s t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s K e yw o r d s:c o n t i n u o u s r i g i d f r a m eb r i d g e;n e wc l o s u r e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y;e q u i v a l e n t l o a dm e t h o d;p r e t e n s i o no fp r e s t r e s s i n gs t r a n d;c l o s u r ec o n s t r u c t i o n第期胡志坚,等:基于底板束预张拉的大跨P C连续刚构桥新型合龙技术