梁拱组合桥施工过程中的应力响应及线形影响分析

梁拱组合桥施工过程中的应力响应及线形影响分析

该桥的设计和建造方法相对复杂，施工过程中有许多不确定因素，桥梁工程的刚性和线性控制变得困难。连续梁拱组合桥施工监控的目的是确保连续梁拱组合桥线形与设计要求一致、内力变化合理以及结构受力安全。目前，桥梁监控越来越受到学术界的关注，主梁变形和桥梁性能的监测研究较多，欧进萍目前，关于梁拱组合桥施工监控的研究主要集中体现在监控方法及参数识别等领域，胡蒙1工程概论和有限预算建模1.1主梁钢桁架施工所依托桥梁工程的上部结构采用钢桁架拱和预应力混凝土连续箱梁组合的形式，跨径为55m+90m+90m+55m。主梁为单箱双室变截面箱梁，主梁梁高从0号块外75cm范围内按照二次抛物线变化；顶板厚度30cm；底板厚度30～80cm。主梁0号块长12m，合龙段长2m。主梁有11个悬臂现浇节段，边跨现浇段长9m，采用悬臂浇筑法施工。钢桁架采用连续钢桁拱形式。主桁高度为6.0m，宽度为15.0m，节间长度为5.0m。1.2预应力钢束结构模型采用MIDAS/FEA有限元分析软件建立连续梁拱组合桥的空间杆系单元模型，见图1。分别采用变截面梁单元、等截面梁单元和只受拉的桁架单元模拟预应力混凝土主梁、钢桁架和吊杆。纵向预应力钢束主要有腹板束、顶板束和合龙束。纵向预应力钢束型号分别为ue7882．桥梁抗拉受力分析桥梁采用现浇施工，施工临时荷载具有不确定性，可通过调整混凝土自重荷载的方法进行模拟分析其与设计值的偏差，而混凝土自重变化直接影响桥梁的受力和线形(1）当桥梁自重与设计值有±5%偏差时，桥梁在最大悬臂阶段和成桥阶段桥梁自重偏差对主梁挠度的影响见图2。由图2可知，桥梁在最大悬臂阶段和成桥阶段时，当桥梁自重比设计值增加5%时，桥梁竖向挠度减小；当桥梁自重比设计值减小5%时，桥梁竖向挠度增大。当桥梁自重比设计值增加5%时，桥梁处于最大悬臂阶段时，在所有主梁块件中，主梁8号块的竖向挠度减小量最大，为3.7mm，为设计挠度值的21%；桥梁在成桥状态阶段时，在所有主梁块件中，中跨跨中附近处竖向挠度减小量最大，为4.5mm，为设计挠度值的14%。由此可知，桥梁自重偏差对连续梁拱组合桥线形控制十分重要。(2）桥梁在最大悬臂阶段，桥梁自重偏差对主梁顶板和主梁底板应力的影响见图3。由图3可知，桥梁在最大悬臂阶段，当桥梁自重比设计值大5%时，主梁顶板压应力小于设计主梁顶板压应力，底板压应力大于设计底板压应力，在所有主梁块件中，主梁1号块附近主梁应力差异最大，主梁顶板压应力减小0.81MPa，底板压应力增大0.77MPa。(3）桥梁处于成桥状态时，连续梁拱组合桥结构自重偏差对主梁顶板应力和主梁底板应力的影响见图4。由图4可知，在成桥状态下，当桥梁自重比设计值大5%时，主梁顶板压应力比设计压应力减小，主梁底板压应力比设计压应力增大。在所有主梁块件中，中墩附近主梁顶板压应力减小量最大，减小了0.8MPa；主梁底板压应力增加量最大，增加了0.77MPa。因此，桥梁自重偏差对施工阶段的主梁应力影响较大。3预应力误差对梁结构预应力的影响在连续梁拱组合桥主梁悬臂施工过程中，由于预应力张拉工艺、工人技术水平、稳压时间等不确定因素，实际预应力值与设计预应力值会存在一定的误差。由于桥梁自重原因会使主梁产生向下挠度，预应力张拉对主梁产生的压力会使主梁产生向上位移，预应力作用对主梁应力、线形控制都十分重要张拉预应力钢束应严格遵守设计文件中的预应力钢束张拉顺序，使张拉控制应力值逐步达到设计应力，即1339MPa。然而预应力钢束在实际张拉过程中，会因为预应力束管道摩阻系数偏差、预应力张拉仪器误差和波纹管定位偏差等因素，造成实际预应力值与设计预应力值之间存在一定差别。实际预应力张拉应力与设计预应力张拉应力间的偏差，会对主梁的线形控制和桥梁受力产生不利影响。在有限元模型中通过设定不同的预应力钢束张拉值，来分析研究连续梁拱组合桥施工过程中预应力偏差对桥梁线形控制和桥梁受力的影响。以主梁最大悬臂阶段和成桥后1000d主梁的竖向挠度和主梁应力为研究对象，因为预应力钢束张拉控制应力受众多原因共同影响，预应力偏差分别取±20%和±10%共4种工况，预应力参数见表1。(1）在不同预应力张拉值作用下，梁拱组合桥在最大悬臂施工阶段主梁挠度见图5。桥梁在最大悬臂施工阶段，预应力对桥墩附近处的主梁挠度的影响相对较小，预应力对悬臂端处挠度最大。当预应力小于设计预应力时，主梁向上挠度小于设计挠度；当预应力误差达到-10%时，在所有主梁块件中，边跨8号块悬臂端处主梁挠度与设计挠度差值最大，为4.7mm；当预应力误差达到-20%时，最大差值为9.3mm。当预应力值大于设计预应力时，主梁向上挠度大于设计挠度。因此，在连续梁拱组合桥实际施工中应严格控制预应力误差，以免对桥梁线形控制产生不利影响。(2）连续梁拱组合桥在不同预应力张拉值作用下，最大悬臂阶段主梁顶板应力和底板应力见图6。由图6可知，在连续梁拱组合桥最大悬臂阶段，预应力误差对不同主梁块件应力影响程度相差很大。预应力误差对悬臂端主梁块件应力影响较小，对0号块主梁应力影响较大。从主梁悬臂端到主梁0号块，预应力误差对主梁应力影响程度逐渐增大。此外，预应力误差对主梁顶板应力的影响比对底板应力的影响更大。(3）连续梁拱组合桥在成桥阶段，预应力误差对主梁挠度、顶板应力及底板应力的影响见图7和图8。由图7可知，连续梁拱组合桥在成桥阶段，预应力误差对主梁挠度的影响十分明显，在桥梁中跨跨中处预应力误差对主梁挠度的影响最大。预应力误差值为设计预应力值的-10%时，在所有主梁块件中，中跨8号块处主梁挠度差值最大，为11.9mm；预应力误差值为设计预应力值的-20%时，中跨8号块处挠度差值为19.3mm。由图8(a）可知，全桥处于成桥阶段时，在所有主梁块件中，预应力误差对主梁顶板应力的影响在中墩0号块附近最大，预应力误差值为设计预应力值的-10%时，0号块附近顶板压应力差值为1.8MPa；预应力误差值为设计预应力值的-20%时，0号块附近主梁顶板压应力差值为3.9MPa。由图8(b）可知，预应力误差对不同主梁块件应力影响程度相差很大，靠近桥墩的主梁底板压应力随预应力的减小而不断增大；跨中主梁底板压应力随着预应力值的减小而不断减小，中跨跨中主梁底板压应力减小值比边跨跨中主梁底板压应力减小值大。预应力误差值为设计预应力值的-10%时，跨中截面主梁底板压应力比设计压应力减小了1.5MPa；预应力误差值为设计预应力值的-20%时，跨中截面主梁底板压应力比设计压应力减小了2.7MPa。由此可知，预应力误差对连续梁拱组合桥的受力影响较大。综上所述，预应力误差对连续梁拱组合桥线形控制和桥梁应力影响显著，连续梁拱组合桥预应力施工过程中应尽量减小预应力误差。预应力张拉过程中应使用张拉力控制和张拉伸长量控制的双控方法，并且以张拉力控制为主，以预应力钢绞线的伸长量为辅进行校核。当预应力钢绞线的实测伸长量与计算伸长量相差过大时应停止预应力张拉，查找引起预应力偏差的原因。4结构荷载误差本文结合工程实例研究连续梁拱组合桥施工阶段力学性能敏感性，主要结论如下。(1）桥梁自重超过设计值时，最大悬臂阶段梁端和成桥阶段中跨跨中附近的挠度均降低，当超过5%时，挠度减小量分别为3.7mm、4.5mm。最大悬臂阶段的主梁1号块附近和成桥状态下桥墩附近主梁截面顶板压应力减小，底板压应力增大，当增大5%时，顶板压应力均减小0.8MPa，底板压应力均增大0.77MPa。(2）预应力误差对主梁挠度的影响较大。当预应力误差