预应力混凝土梁式桥挂篮施工工期可靠性分析

1、第23卷 第1期 郑州铁路职业技术学院学报 V o.l 23 N o .1 2011年3月 Journa l o f Zhengzhou R a il way V ocati ona l&T echn ical Co llege M ar .2011 收稿日期:2010-12-24作者简介:常海亮(1983-,男,甘肃通渭人,陕西铁路工程职业技术学院助教。预应力混凝土梁式桥挂篮施工工期可靠性分析常海亮(陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 730000摘 要:根据施工期预应力混凝土刚构-连续组合梁桥悬臂施工的特点,建立了悬臂施工中结构抗力和荷载效应概率模型,应用一次二阶矩法对跨广珠西线特

2、大桥进行可靠性分析,建立了桥梁结构悬臂施工期结构不同失效模式下的功能函数,为制定合理的施工措施提供参考。关键词:刚构-连续组合梁桥;施工期;可靠性分析;预应力混凝土 近年来桥梁坍塌事故不断发生,其中施工建造过程中发生的事故占有相当大的比例。据不完全统计,在近十年发生的桥梁倒塌事故约2/3以上发生在施工过程中。大跨度桥梁施工经常采用挂篮对称悬臂施工,但随悬臂长度增大,施工风险也随之增大。在悬臂施工时,任一时刻的荷载都是由已浇筑的砼梁段与挂篮承担的。该方法施工的结构可靠性涉及到两个不同的系统:模板、挂篮及其支架和钢筋混凝土本身,模板及其支架的可靠性,影响着施工期钢筋混凝土结构的可靠性。1 悬臂施工

3、结构的施工期可靠性分析悬臂浇筑的刚构 连续组合梁桥是结构随浇筑梁段增加而逐步 生长 的过程,其中任意时刻的施工恒载、施工活载、风载也在逐步增大的,结构的抗力也随时间而变化。据调查:在最大悬臂状态和浇注最后一块梁段的时候结构的质量事故发生率比较高。其原因主要是:正在悬臂浇注最后一块梁段时,虽然会避开异常大风,但是此时不平衡荷载偏差最大;最大悬臂状态时,不仅结构受力最不利,而且有可能会出现大风天气。在此时容易造成结构构件(甚至整个结构发生质量事故,如结构裂缝、混凝土压碎、过大变形甚至倒塌等。2 工程背景本论文以跨广珠西线特大桥为工程背景,跨广珠西线特大桥桥孔布置为34.955+2 66.5+57.

4、5+40.045,主梁施工采用挂篮(挂篮重55t 对称悬浇施工,施工中悬臂最长为33.25m 。主梁混凝土采用C55高性能砼,普通钢筋为 级钢筋,纵向和横向预应力采用 j15.24钢绞线。梁段截面几何尺寸如下图1所示。刚构 连续组合梁桥悬臂施工荷载效应(弯矩主要在悬臂施工中最后一个梁段浇筑混凝土阶段时即最大悬臂施工阶段(图2所示,也就是8号梁段浇筑混凝土进行施工期的可靠性分析。2.1 结构抗力计算截面的抗力按 铁路桥涵设计规范 进行计算:R K =R a bx (h 0-x /2+R 'g A 'g (h 0-a 'g + 'ys A 'y 24(h0-

5、a'y得:R K=23.1 11600 1600 (4568-1600+ 210 1059.75+976.5 140 30 (4568-550=167058.3kN mR=1.2262R K=203188.4kN mR=0.1414R K=23430.8kN mR= R/ R=0.11532.2 计算构件可靠度最大悬臂施工阶段墩顶弯矩功能函数为:Z=R-S利用验算点法计算墩顶截面的可靠度。R*(t=243188.4kN mG*(t=125345.3kN mQ*(t=25069kN m对于抗力而言'R(t=R*(t1m(1+ 2R=24318.84 1n(1+0.11532=23

6、350.3'R(t=R*(t1-1nR*(t+1nR(t1n(1+ 2R0=609565.2计算的可靠度指标= 'R(t- G- 'Q(t 'R(t2+ 2G+ 'Q(t2=38.4利用自编程序循环计算几次后可以得到 =8.41。为了进一步了解变量对可靠指标的影响程度,改变恒载变量的变异系数,其它变量的变异系数不变,依次取值0.1,0.15,1.2,0.25。对于每一变异系数,分别计算墩顶截面的可靠指标。表1 不同变异系数与可靠度指标对照表从上述分析结果中可以看出,跨广珠西线特大桥悬臂施工至最大长度时,墩顶截面的可靠性指标比较大,说明失效概率比较小,说明

7、该结构在施工过程中是比较安全的。恒载的变异系数对结构的可靠性影响比较大,因此,在施工中应严格控制结构构件的尺寸,控制好混凝土构件的生产质量。抗力的表达式中包括材料性能参数和几何参数,根据资料,几何参数的不定性较小,因而其变异性对可靠指标影响很小。因此在这里忽略几何参数的影响,考虑材料性能参数混凝土轴压强度不定性变量k M h、钢筋强度不定性变量k M g和计算模式不定性变量k p,负弯矩失效模式下构件实际抗力可表示为: R S=k p M=k pk M h (tR a bx(h0-x/2+k M g R'g A'g(h0-a'g+k M g ys A'y(h0-

8、a'y+R a(b i-bh i (h0-h i/2功能函数中不定性变量k p,k M h,k M g的统计参数根据交通部 公路桥梁可靠度研究 课题组发布的数据见下表:表2 不定性变量kp,kM h,kM g的统计参数变量平均值 标准值 变异系数kpkM hkM g本文根据一次二阶矩法计算得到施工至8号梁段时,即悬臂施工至最长时负弯矩失效模式下各梁段的可靠性指标见下表。表3 负弯矩失效模式下各梁段的可靠指标梁段号1#2#3#4#5#6#7#8#3 结论桥梁结构在施工期进行可靠性分析是安全施工的重要措施。通过建立最大悬臂施工阶段墩顶截面弯矩失效模式的功能函数,结果表明跨广珠西线特大桥悬臂施工是安全的,也反映了钢筋质量、混凝土原材料与配合比、预应力张拉精度对施工安全的影响。参考文献1张建仁.公路工程结构可靠度理论及其应用M.北京:人民交通出版社,1995.靠性分析J.中南公路工程,2003,3.3佟晓利.钢筋混凝土结构施工期可靠性研究D.大连:大连理工大学,199