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摘要: 从现浇段浇注顺序、后连续预应力筋的张拉顺序和临时支座的拆除顺序三方面研究了简支转连续施工体系的合理工序,从受力角度对不同施工工序进行对比分析,建议现浇浇筑和张拉的合理工序为隔端浇筑、隔端张拉,临时支座拆除的合理工序为“对称拆除”。
关键词: 先简支后连续梁;体系转换;支座
中图分类号：U448.21+5文献标识码： A
简支转连续梁桥施工过程中存在体系转换,采用不同的施工工序势必会造成结构内力状态的不同。先简支后连续梁桥施工工序是将预制简支梁安装在临时支座上,在相邻两简支梁之间浇筑湿接缝混凝土。待混凝土达到设计强度要求后,张拉内支座区域上缘设置的预应力钢筋,拆除临时支座,使梁支承在永久支座上,经支座转换形成连续梁体系[ 1 - 2 ] ,如圖1所示。先简支后连续梁桥体系形成的关键是结构从简支状态转换为连续状态,包括混凝土现浇段施工、预应力张拉和临时支座的拆除[ 3 ]。
图1支座转换示意图
在满足施工建设速度快、人力及设备资源利用合理等条件下,应该找到使结构体系中控制点的应力、位移变化量最为均匀(即避免应力和位移在各工况变化太大)的施工顺序[4 - 5 ]。国道202线黑河到大连公路(以下简称黑大公路)牛头山大桥,位于黑大公路K680 + 291公里处,桥梁全长527. 12 m,上部构造为13跨40m先简支后连续梁装配式预应力混凝土宽翼缘箱梁,下部构造为柱式桥墩,肋板埋置式桥台。结合牛头山大桥的施工,以五跨连续为例,详细分析了控制点的应力、挠度随不同施工工序的变化情况,以期找到合理的施工工序。
1先简支后连续梁的施工工序
先简支后连续梁施工大致可以划分为2个阶段,施工阶段示意图如图2所示。
图2施工阶段示意图
第1施工阶段:架设预制主梁,形成由临时支座支承的简支状态。此时,主梁主要承受一期恒载的自重作用及相应的施工荷载。第2施工阶段:浇筑第①、②跨及第③、④跨间的接头混凝土,待其达到设计强度,张拉负弯矩区钢束,压注水泥浆。此时,主梁主要承受结构一期自重作用及相应的施工荷载;在已经形成的连续梁段,结构的徐变变形开始受到约束,产生徐变次内力。第3施工阶段:连接第②、③跨及④、⑤跨,过程同第二阶段;此时,主梁主要承受一期自重、施工荷载及徐变次内力。第4施工阶段:拆除临时支座,完成体系转换;完成横向接缝制作,自此形成连续梁桥;此时,结构承受自重作用(包括横向接缝部分的二期自重) 、施工荷载、徐变次内力。第5施工阶段:进行防护栏杆和桥面铺装等施工;此时,结构承受自重(包括二期自重) 、各项次内力、施工荷载及运营后的车辆活载等作用。先简支后连续梁的结构体系在简支阶段承受构件本身自重及前期恒载,形成连续结构后承受后期恒载、汽(挂)车荷载及其他可变荷载。与简支梁相比,先简支后连续梁体系的跨中弯矩相对较小,而内支座处则承受比完全连续梁小得多的负弯矩。
2先简支后连续结构体系施工合理化分析
按照上面的优化思路,先简支后连续结构体系施工工序的关键问题就是如何最大限度地保证后连续端部的顶面抵抗桥面裂缝的效果,即如何保证后连续端部储存最大的弹性压缩量。
2. 1现浇段浇注及后连续预应力筋张拉顺序的合理化分析
现浇段和后连续预应力筋的张拉顺序分为5种工序,分别如下:
4个端部一次性浇筑,从一端向另一端依次张拉;
②4个端部一次性浇筑,隔端部张拉;
③4个端部一次性浇筑,对称张拉;
④对称浇筑,对称张拉;
⑤隔端浇筑,隔端张拉。
采用桥梁博士V2. 9对以上工序进行了计算,对各种不同施工工序成桥状态下后连续端部应力进行比较,如表1所示(此处对比主要针对不同工序进行,计收缩徐变作用,但不计入活载作用) 。可见各种张拉工序对不同控制截面的不同位置的作用不同。总体来说,工序1、工序2、工序3和工序4较接近,但无论是对于次边跨内支点还是对边跨内支点处上缘压应力储备来说,工序5的压应力储备最大,工序1、2、3、4的压应力储备相对较小。因此建议现浇端浇筑的合理工序为:隔端浇筑,隔端张拉。此外,判断张拉工序优劣仅从受力角度考虑,具有一定的局限性,应综合经济造价等方面进一步探讨。
2. 2临时支座拆除顺序的合理化分析
先简支后连续梁桥临时支座拆除以后,永久支座起到作用的前提条件是橡胶支座必须有一定的变形,即压缩;另外,一般情况下,临时支座和永久支座存在着一定的高差(常为3～5 mm) 。永久支座的压缩量及其与临时支座高差的大小是寻找临时支座拆除最合理工序的关键因素。这一数值的大小对拆除过程中结构体系的应力变化起到主导性作用。把临时支座拆除引起的永久支座的压缩量和永久支座与临时支座的高差作为永久支座处节点的强迫位移,分析永久支座沉陷量对整个结构体系的影响。需要说明的是,在进行临时支座拆除过程的分析时,仅考虑了支座拆除本身所引起的应力变形,而没有对前面的工况所引起的效果做相应的叠加。显然,这种处理方法的分析结果依然是有效的。合理支座拆除工序的优化思路是如何将临时支座和永久支座间的相对位移产生的梁内力重分布的不利影响降至最低。分别针对不同拆除工序进行了计算对比,其目的是找出合理化的支座拆除工序。临时支座的拆除工序1分析:从一端向另一端依次拆除临时支座。表2中的工况1—工况4分别是指拆除①、②跨接头处的临时支座, ②、③跨接头处的临时支座, ③、④跨接头处的临时支座, ④、⑤跨接头处的临时支座。临时支座的拆除工序2分析:对称拆除临时支座。工况1是指同时拆除①、②跨接头与④、⑤跨接头处的临时支座;工况2是指同时拆除②、③跨接头与③、④跨接头处的临时支座。临时支座的拆除工序3分析:隔跨拆除临时支座。工况1是指拆除①、②跨接头与③、④跨接头处的临时支座;工况2是指拆除②、③跨接头与④、⑤跨接头处的临时支座。由表2、表3中数据可知不同的临时支座拆除顺序对挠度有一定的影响,采用拆除工序1和拆除工序3在拆除过程中引起局部下沉过大,最大达到6 mm,拆除工序2主梁挠度变化相对平稳;经分析可见采用拆除工序1内力变化较频繁,工序2内力变化较小,工序3内力变化幅度较大。可见,该桥从挠度和内力变化来说,采用工序2进行施工是合理的。
注:桥梁纵向控制点分别为各跨的支点、1 /4截面和跨中截面。
对不同临时支座的拆除过程进行分析和比较,认为临时支座的拆除对于不同的后连续跨数有着不同的最合理工序,针对目前的后连续跨数( n)多大于5,即至少由4个后连续端部的情形( n≥4) ,建议临时支座拆除原则为“对称拆除”,这样支座拆除引起的次内力较小,对整体受力影响不大。
4结束语
先简支后连续梁桥体系转化合理化的内容主要包括现浇段的浇注顺序、预应力筋的张拉顺序及临时支座的拆除顺序,从受力的角度对黑大公路牛头山大桥的不同工序进行对比分析,认为现浇段和张拉的合理工序为“隔端浇筑、隔端张拉”,建议临时支座拆除的合理工序为“对称拆除”,该方法在牛头山大桥的应用中已经取得了良好的效果,至今为止,牛头山大桥运营状态一直良好。先简支后连续梁施工在多跨的中小桥梁设计和施工中多为采用,故本研究具有通用性和现实性,由于体系转化过程对结构的受力特性产生的影响比较大,在理论和试验方面还需要进一步研究。
参考文献
[ 1 ] 谢琪. 结合光明桥谈先简支后连续预应力混凝土连续梁的设计与施工[ J ]. 福建建筑, 1997 (1) : 29 - 31.
[ 2 ] TadrosM K, Ficenec Joseph A, Einea A, et al. A new techniqueto crete continuity in p restressed concrete members[ J ]. PCI Jour2nal, 1993 (5) : 30 - 37.
[ 3 ] 林戈. 先简支后连续桥梁上部结构的施工[ J ]. 工程技术, 2004(1) : 38 - 39.
[ 4 ] 干学军,詹建辉,彭永利. 简支转预应力结构连续T形梁桥设计计算[ J ]. 世界桥梁, 2003 (3) : 34 - 36.
[ 5 ] 盛兴旺,李志国,邓运清. 京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选[ J ]. 桥梁, 2003 (6) : 6 - 9.
关键词: 先简支后连续梁;体系转换;支座
中图分类号：U448.21+5文献标识码： A
简支转连续梁桥施工过程中存在体系转换,采用不同的施工工序势必会造成结构内力状态的不同。先简支后连续梁桥施工工序是将预制简支梁安装在临时支座上,在相邻两简支梁之间浇筑湿接缝混凝土。待混凝土达到设计强度要求后,张拉内支座区域上缘设置的预应力钢筋,拆除临时支座,使梁支承在永久支座上,经支座转换形成连续梁体系[ 1 - 2 ] ,如圖1所示。先简支后连续梁桥体系形成的关键是结构从简支状态转换为连续状态,包括混凝土现浇段施工、预应力张拉和临时支座的拆除[ 3 ]。
图1支座转换示意图
在满足施工建设速度快、人力及设备资源利用合理等条件下,应该找到使结构体系中控制点的应力、位移变化量最为均匀(即避免应力和位移在各工况变化太大)的施工顺序[4 - 5 ]。国道202线黑河到大连公路(以下简称黑大公路)牛头山大桥,位于黑大公路K680 + 291公里处,桥梁全长527. 12 m,上部构造为13跨40m先简支后连续梁装配式预应力混凝土宽翼缘箱梁,下部构造为柱式桥墩,肋板埋置式桥台。结合牛头山大桥的施工,以五跨连续为例,详细分析了控制点的应力、挠度随不同施工工序的变化情况,以期找到合理的施工工序。
1先简支后连续梁的施工工序
先简支后连续梁施工大致可以划分为2个阶段,施工阶段示意图如图2所示。
图2施工阶段示意图
第1施工阶段:架设预制主梁,形成由临时支座支承的简支状态。此时,主梁主要承受一期恒载的自重作用及相应的施工荷载。第2施工阶段:浇筑第①、②跨及第③、④跨间的接头混凝土,待其达到设计强度,张拉负弯矩区钢束,压注水泥浆。此时,主梁主要承受结构一期自重作用及相应的施工荷载;在已经形成的连续梁段,结构的徐变变形开始受到约束,产生徐变次内力。第3施工阶段:连接第②、③跨及④、⑤跨,过程同第二阶段;此时,主梁主要承受一期自重、施工荷载及徐变次内力。第4施工阶段:拆除临时支座,完成体系转换;完成横向接缝制作,自此形成连续梁桥;此时,结构承受自重作用(包括横向接缝部分的二期自重) 、施工荷载、徐变次内力。第5施工阶段:进行防护栏杆和桥面铺装等施工;此时,结构承受自重(包括二期自重) 、各项次内力、施工荷载及运营后的车辆活载等作用。先简支后连续梁的结构体系在简支阶段承受构件本身自重及前期恒载,形成连续结构后承受后期恒载、汽(挂)车荷载及其他可变荷载。与简支梁相比,先简支后连续梁体系的跨中弯矩相对较小,而内支座处则承受比完全连续梁小得多的负弯矩。
2先简支后连续结构体系施工合理化分析
按照上面的优化思路,先简支后连续结构体系施工工序的关键问题就是如何最大限度地保证后连续端部的顶面抵抗桥面裂缝的效果,即如何保证后连续端部储存最大的弹性压缩量。
2. 1现浇段浇注及后连续预应力筋张拉顺序的合理化分析
现浇段和后连续预应力筋的张拉顺序分为5种工序,分别如下:
4个端部一次性浇筑,从一端向另一端依次张拉;
②4个端部一次性浇筑,隔端部张拉;
③4个端部一次性浇筑,对称张拉;
④对称浇筑,对称张拉;
⑤隔端浇筑,隔端张拉。
采用桥梁博士V2. 9对以上工序进行了计算,对各种不同施工工序成桥状态下后连续端部应力进行比较,如表1所示(此处对比主要针对不同工序进行,计收缩徐变作用,但不计入活载作用) 。可见各种张拉工序对不同控制截面的不同位置的作用不同。总体来说,工序1、工序2、工序3和工序4较接近,但无论是对于次边跨内支点还是对边跨内支点处上缘压应力储备来说,工序5的压应力储备最大,工序1、2、3、4的压应力储备相对较小。因此建议现浇端浇筑的合理工序为:隔端浇筑,隔端张拉。此外,判断张拉工序优劣仅从受力角度考虑,具有一定的局限性,应综合经济造价等方面进一步探讨。
2. 2临时支座拆除顺序的合理化分析
先简支后连续梁桥临时支座拆除以后,永久支座起到作用的前提条件是橡胶支座必须有一定的变形,即压缩;另外,一般情况下,临时支座和永久支座存在着一定的高差(常为3～5 mm) 。永久支座的压缩量及其与临时支座高差的大小是寻找临时支座拆除最合理工序的关键因素。这一数值的大小对拆除过程中结构体系的应力变化起到主导性作用。把临时支座拆除引起的永久支座的压缩量和永久支座与临时支座的高差作为永久支座处节点的强迫位移,分析永久支座沉陷量对整个结构体系的影响。需要说明的是,在进行临时支座拆除过程的分析时,仅考虑了支座拆除本身所引起的应力变形,而没有对前面的工况所引起的效果做相应的叠加。显然,这种处理方法的分析结果依然是有效的。合理支座拆除工序的优化思路是如何将临时支座和永久支座间的相对位移产生的梁内力重分布的不利影响降至最低。分别针对不同拆除工序进行了计算对比,其目的是找出合理化的支座拆除工序。临时支座的拆除工序1分析:从一端向另一端依次拆除临时支座。表2中的工况1—工况4分别是指拆除①、②跨接头处的临时支座, ②、③跨接头处的临时支座, ③、④跨接头处的临时支座, ④、⑤跨接头处的临时支座。临时支座的拆除工序2分析:对称拆除临时支座。工况1是指同时拆除①、②跨接头与④、⑤跨接头处的临时支座;工况2是指同时拆除②、③跨接头与③、④跨接头处的临时支座。临时支座的拆除工序3分析:隔跨拆除临时支座。工况1是指拆除①、②跨接头与③、④跨接头处的临时支座;工况2是指拆除②、③跨接头与④、⑤跨接头处的临时支座。由表2、表3中数据可知不同的临时支座拆除顺序对挠度有一定的影响,采用拆除工序1和拆除工序3在拆除过程中引起局部下沉过大,最大达到6 mm,拆除工序2主梁挠度变化相对平稳;经分析可见采用拆除工序1内力变化较频繁,工序2内力变化较小,工序3内力变化幅度较大。可见,该桥从挠度和内力变化来说,采用工序2进行施工是合理的。
注:桥梁纵向控制点分别为各跨的支点、1 /4截面和跨中截面。
对不同临时支座的拆除过程进行分析和比较,认为临时支座的拆除对于不同的后连续跨数有着不同的最合理工序,针对目前的后连续跨数( n)多大于5,即至少由4个后连续端部的情形( n≥4) ,建议临时支座拆除原则为“对称拆除”,这样支座拆除引起的次内力较小,对整体受力影响不大。
4结束语
先简支后连续梁桥体系转化合理化的内容主要包括现浇段的浇注顺序、预应力筋的张拉顺序及临时支座的拆除顺序,从受力的角度对黑大公路牛头山大桥的不同工序进行对比分析,认为现浇段和张拉的合理工序为“隔端浇筑、隔端张拉”,建议临时支座拆除的合理工序为“对称拆除”,该方法在牛头山大桥的应用中已经取得了良好的效果,至今为止,牛头山大桥运营状态一直良好。先简支后连续梁施工在多跨的中小桥梁设计和施工中多为采用,故本研究具有通用性和现实性,由于体系转化过程对结构的受力特性产生的影响比较大,在理论和试验方面还需要进一步研究。
参考文献
[ 1 ] 谢琪. 结合光明桥谈先简支后连续预应力混凝土连续梁的设计与施工[ J ]. 福建建筑, 1997 (1) : 29 - 31.
[ 2 ] TadrosM K, Ficenec Joseph A, Einea A, et al. A new techniqueto crete continuity in p restressed concrete members[ J ]. PCI Jour2nal, 1993 (5) : 30 - 37.
[ 3 ] 林戈. 先简支后连续桥梁上部结构的施工[ J ]. 工程技术, 2004(1) : 38 - 39.
[ 4 ] 干学军,詹建辉,彭永利. 简支转预应力结构连续T形梁桥设计计算[ J ]. 世界桥梁, 2003 (3) : 34 - 36.
[ 5 ] 盛兴旺,李志国,邓运清. 京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选[ J ]. 桥梁, 2003 (6) : 6 - 9.