某连续刚构大桥中跨合拢前顶推力计算

毛坯子大桥主桥中跨合拢段顶推力计算预应力砼连续刚构桥在完成体系转换后，后期砼收缩徐变与降温效应相组合使两墩之间主梁有缩短的趋势，迫使墩顶向跨中方向发生位移，墩顶、墩底产生较大的弯矩，同时主梁受到砼纤维限制，在结构内部产生拉应力，对结构造成危害。因此，在边跨合拢后、中跨合拢前对中跨悬臂端部施加一个水平推力，使桥墩产生一个预偏位来抵抗上述位移，有利于桥梁后期受力，增加结构的安全度。为此，监控组根据设计图纸要求，通过建立有限元模型，计算分析确定合拢顶推力值。

一墩顶偏位与顶推力关系

在结构有限元计算模型（图1）中，需在最大悬臂工况下（即中跨合拢前）对悬臂端施加纵向的水平推力P，来消除各墩顶产生的水平偏位。

图1 毛坯子大桥主桥有限元模型

在最大悬臂端分别施加0KN、100kN、200kN 、300kN的顶推力,两个主墩墩身对应在0#块中心的节点（25号、71号节点）处的水平位移见表1。

表1 不同顶推力作用下主墩对应节点水平位移（mm）（合拢温差为0）

节点

25 71

顶推力

0KN 4.10 -2.89

100KN -0.01 1.04

200KN -4.26 5.11

300KN -8.60 9.26 从表1中可以看出，控制截面节点的水平位移变化基本与顶推力呈线性变化，即每增加100KN的顶推力，8#墩对应0#块中心处水平偏位为4.2mm，9#墩对应0#

块中心处水平偏位为4.1mm。有了上述节点位移量与顶推力的关系，即可开展顶推力优化计算和温度影响的分析。

二顶推力计算

2.1 收缩徐变对顶推力的影响

在确定桥梁在运营一段时间后因收缩徐变影响所需的实际顶推量时，我们需要考虑以下两个因素：

（1）理论上的顶推量为长期收缩徐变后的累积纵向水平位移，结构有限元模型是对桥梁结构理想状态的模拟，而实际桥梁结构的边跨支座位移肯定会受到摩阻力的影响。

（2）从成桥到收缩徐变完成需要很长时间，若预先顶推100% 收缩徐变效应值，这样结构在合龙完成后在运营阶段将会带有由于顶推作用而引起的反向过大位移，并且在这期间还有活荷载的作用，这对运营阶段的桥墩产生很大的不利弯矩，更有可能引起开裂。另外双薄壁墩一般采用柔性墩，设计上原本就容许有一定的纵向位移。

根据工程经验一般只需预顶实际收缩徐变量的60%。考虑桥梁运营十年后，主墩对应0#块中心处节点位移如表2所示。

表2 桥梁运营十年后对应节点水平位移（mm）(未顶推，合拢温差为0)

在顶推力Pi 作用下, 各节点的水平位移量可按式(1) 计算:

δi =δ1-i×P i(1)

δi =60%*δ10(2)

即P i=δi/δ1-i (3)

式中:δi 为各节点顶推产生的水平位移；δ1-i为单位顶推力作用下各节点水平位移；P i为顶推力；δ10为桥梁运营十年后节点累计水平位移。

通过表1，表2及公式（3）,可计算出:

P25=δ25/δ1-25=-21.87×0.6/0.042=-313KN；

P71=δ71/δ1-71=20.54×0.6/0.041=301KN；

中跨合拢前对两悬臂端顶推时，为了便于施工，两个中跨合拢段的顶推力应保持相等，即|P25|= P71。因此顶推力P=(|P25|+ P71)/2=307KN。

2.2 温度对顶推力的影响

现实条件下，实际合拢温度往往与设计合拢温度有一定差值，由于桥梁合拢后升温较降温对结构受力有利，故尽量选择低温合拢。为了分析在设计温度合拢后降温对结构的不利影响，计算了10个降温值对主墩对应0#块中心节点水平位移的影响，结果见表3。

表3 合拢后降温作用下对应节点水平位移（mm）

由表3可以看出，温度变化与各节点水平位移成线形比例关系,因此若合拢温度与设计温度温差不为零，就要使各节点产生水平位移，就必须采取预顶推的方法来消除合拢温差产生的效应。由合拢温差产生的合拢变形需优化的顶推力为:

P iΔT =ΔT×δ

iΔT

÷δ

1-i

（4）

式中: P

iΔT

为因合拢温差各节点所需调整的顶推力( kN)；

ΔT为设计合拢温度与实际合拢温度的差值( ℃) ；

δi

ΔT

为升温或降温1℃各节点的水平位移(mm)（结构降温效应与升温效应相反）；

δ

1-i

为单位水平顶推力作用下各节点水平位移。

由表3及公式（4）得出

P

25ΔT =ΔT×δ

25ΔT

÷δ

1-25

=0.58×ΔT/0.042=13.8ΔT

P

71ΔT =ΔT×δ

71ΔT

÷δ

1-71

=0.59×ΔT/0.041=14.4ΔT

为方便施工，两个中跨合拢段的顶推力应保持相等，即|P

25ΔT |=|P

71ΔT

|，顶推力

P ΔT =( P

25ΔT

+P

71ΔT

)/2=14.1ΔT。

2.3 最终合拢顶推力计算

综合考虑到体系转换，混凝土收缩徐变及合拢温度等影响因素，最终顶推力计算公式为：

P i顶推= P i±P iΔT（5）

依照设计图纸，设计合拢温度为18°C，毛坯子大桥主桥合拢时间暂定为7、8月份。根据实际合拢温度顶推力由下表所示：

毛坯子大桥施工监控组

2015年03月13日