桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析

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建模分析 ,全桥共离散为 89 个单元 ,90 个节点 ,采用 梁单元 。此桥有限元划分见图 2 所示 。其中桥梁零 号块和 1 号块采用托架施工 ,边跨现浇段采用满堂支 架施工 ,其余梁段采用挂篮对称悬臂浇筑施工 。在建 模时注意了以下几点 : ①施工阶段 :全桥共划分为 13 个阶段 ,其中最后一个阶段为桥梁的支座释放。 ②边界条件 :在桥梁的 1~12 个阶段中桥梁的零号 块处均采用固结方式 ,在 13 阶段时释放 。 ③支座位 移 :考虑边墩下降 1 cm 。 ④桥梁的边跨先合拢 ,后中 跨合拢 。 2. 2 桥梁各施工阶段的计算分析
得的数据 ,获得使桥梁结构最终形成理想状态的各阶
段的预拱高值 ,从而得到各施工阶段的立模标高 。即
HL = HS + Y Y + Δg
(2)
其中 , HL 为立模标高 ; HS 为设计标高 ; Y Y 为计算所
得的预拱高值 ;Δg 为挂篮变形值 (施工单位提供) 。
4 施工控制中误差调整
虽然可采用各种施工计算方法算出各施工阶段 的预拱高值 、挠度 ,但当按这些理论值进行施工时 ,桥 梁的实际线形却未必能达到预期的结果 。这主要是 由于计算时所采用的各种参数的误差引起的 ,这些参 数主要有结构截面尺寸 、材料弹性模量 、温度 、徐变 等 ,这些在文献[ 4~6 ]中有详细的研究 。这种误差随 着悬臂的不断加伸 ,逐渐累积 ,如不加以有效的控制 和调整 ,将造成合龙困难 , 并影响成桥后的内力和 线形 。
程序中对挠度按弹性和徐变挠度两部分进行计算和 设置时 ,应该预先从设置的预拱度中扣除这部分影
控制[1 ] 。

响 ,可以通过调整挂篮的吊带来解决 。各阶段挠度
在悬臂浇筑 2 号段时 ,挂篮在施工过程中固定 变化如图3 所示 。
图 2 桥梁纵向立面和有限元划分
图 3 逐段浇注时的悬臂梁变形示意
n
n
n
桥梁误差调整的方法主要有设计参数识别法 、影 响矩阵法 、灰色预测法以及卡尔曼滤波法等[7] ,由于 本桥的跨度较小 ,在施工中误差的调整采用设计参数 识别修正法能够满足精度的要求 。
设计参数识别修正法主要是指在实际施工过程 中 ,通过对结构的实测值等信息的处理 ,求出符合实 际结构的设计参数 ,有了较接近的参数 ,从而即可给 出新的挠度和预拱高度 ,在每个阶段反复进行这一过 程 ,便可消除误差的主要部分 ,使之更加接近于实际 情况 。
5 结束语
桥梁施工控制主要有应力控制和挠度控制 ,本文 仅指出了桥梁悬臂施工时各阶段挠度控制的重要性 以及各阶段挠度控制的方法 ,但在实际控制中应力控 制和挠度控制应相互结合 。
只有合理控制桥梁各阶段挠度 、应力 ,合理确定 立模标高 ,才能确保桥梁的线形和应力分布达到设计 要求 。由于本桥的桥跨较小 ,材料的非线性并不明 显 ,但在跨度很大的时候 ,材料的非线性相当明显 ,在 施工控制时要反复进行误差调整 ,使之更加接近于实 际情况 ,只有这样才能使桥梁在一段时间的运营后达 到理想线形 。
张应奎 ,等 :桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析
工程施工
GO N GC HE N GS HI GO N G
桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析
张应奎1 , 杨成斌2 , 潘 星3
(1. 合肥工业大学 土木建筑工程学院 ,安徽 合肥 230009 ;2. 合肥工业大学 建筑设计研究院 ,安徽 合肥 230009 ;3. 合肥工业大 学 岩土工程勘察设计研究院 ,安徽 合肥 230009)
状态 ,对其进行倒退分析 ,从而获得浇筑块在各个阶 表 2 所列内容分别为在满堂支架 1 # 块和悬浇 2 # 块
段的上拱高值 ,以确定立模标高 。Midas/ civil 可以 时的各阶段产生的挠度和立模标高 ,其后各个阶段均
进行各个施工阶段的计算 ,使其它单元退出工作 ,这 如此计算 。
表 1 支架 1 # 块的立模标高
(1)
其中 , f y 为扣除预应力损失的预加力产生的上拱度 ;
f g1 为梁段自身静载产生的下挠度 ; f s 为悬臂施工时 的临时施工荷载产生的下挠度 ;ψ( t,τ) 为混凝土随龄期 增大的徐变系数 。
装计算法是根据桥梁结构实际加载顺序来进行结构 变形和受力分析 ,得到成桥线形和内力以及桥梁架设 时各阶段的挠度和应力 ,但由于其后阶段对前阶段的 影响 ,从而最终线形并不是理想中的线性 。倒装计算 法是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进 行结构行为分析 ,使一部分构件退出工作 ,由此可以 获得桥梁结构在各施工阶段理想的安装位置 。
摘 要 :线形控制是现代大跨径桥梁施工控制的主要任务之一 ,而施工过程中的挠度控制又是线形控制的核心问题之一 。只有各 阶段挠度控制好 ,才能使成桥线形最终达到设计要求 ,进而完成施工控制的目的 。文章以正在建设中的一座桥梁为例 ,应用有限 元软件 Midas/ civil 建立桥梁各施工阶段的分析模型 ,重点阐述了采用挂篮平衡悬臂浇筑施工中各阶段挠度控制的原理和施工控 制中影响挠度控制的主要因素 。 关键词 :悬臂浇筑 ;挠度 ;立模标高 中图分类号 : U445. 466 文献标识码 :A 文章编号 :167325781 (2006) 0120041203
度和许多不定因素有关 ,并且由于施工荷载随时间的 在先完成的节段上 ,它的静载也使结构产生变化 ,
变化以及梁体截面组成也随施工进程中预应力筋的 在挂篮拆除后 ,又使原来的变形得到恢复 ,但挂篮
增多而发生变化等 ,故要精确计算施工挠度是非常困 由于浇筑混凝土时重量增加导致挂篮发生挠曲变
难的 。为了用理论指导施工的进行 ,所以在既定施工 形 ,这部分在挂篮拆除后不能得到恢复 ,在预拱度
[ 4 ] J T G D62 - 2004 ,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范[ S].
[ 5 ] 胡钊芳 , 游勇利 , 上官兵. 石镇大桥连续刚构悬臂施工的控制 [J ] . 华东公路 ,2003 , (4) :53 - 54.
[ 6 ] 蒋伟平 ,李亚东. 预应力混凝土梁式桥悬臂施工控制的探讨[J ] . 四川建筑 ,2003 , (2) :39 - 40.
悬臂施工时各个阶段都会产生一定的挠度 ,影响 挠度的因素是混凝土自重 、挂篮自重 、挂篮变形 、预应 力张拉及预应力的损失 、设计与实际的差异 、混凝土 的收缩 、徐变 、日照和温度的变化等[2] 。由于施工挠
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工程施工
GO N GC HE N GS HI GO N G 张应奎 ,等 :桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析
计算方法一般采用正装法和倒装法计算[3] 。所谓正 桥可不设预拱度 。
4 2 《工程与建设》 2006 年第 20 卷第 1 期
工程施工
张应奎 ,等 :桥梁悬臂浇筑施工中的挠度控制分析 GO N GC HE N GS HI GO N G
(2) 第二步进行倒装计算 。假设成桥时为理想 样就可以得到每一个施工阶段的结构位移 。表 1 和
m
设计标高
Δ11
Δ12
Δ13
Δ14
Δ15
立模标高
26. 443
0. 003 23 Δ16
0. 003 56 Δ17
0. 003 9 Δ18
0. 004 35 Δ19
0. 004 82 Δ1
26. 476
0. 005 13
0. 005 46
0. 005 72
0. 006
0. 032 72
表 2 悬浇 2 # 块时的立模标高
在悬臂浇筑中的挠度控制是为了确保施工中结 分析 ,从而得到成桥线形和内力以及桥梁架设时各阶
构的安全和结构形成以后的外形和内力状态符合设 段的挠度和应力 。根据规范规定当荷载短期效应组
计要求 ,确定桥梁各阶段的立模标高 。
合并考虑荷载长期效应影响产生的长期挠度不超过
在大跨度悬臂浇筑连续梁桥中 ,施工控制的结构 计算跨径的 1/ 1 600 时 ,可不设预拱度[4] ,经计算 ,此
m
设计标高
Δ22
Δ23
Δ24
Δ25
Δ26
立模标高
26. 443
0. 003 45 Δ27
0. 003 65 Δ28
0. 003 94 Δ29
0. 004 3 Δ2
0. 004 74
26. 466
0. 005 27
0. 006 3
0. 006 5
0. 022 76
(3) 计算各施工阶段的立模标高 。利用分析所
采用悬臂浇注法挂篮施工 , 中跨根部梁高 3. 5 m ,边跨支座处梁高 1. 8 m ;箱梁顶面宽 12. 95 m ,翼 板宽 2. 975 m ,底板宽 7 m (见图 1) 。箱梁 0 # 块纵向 长度 4 m ,1 # ~5 # 块为 3 m ,6 # ~9 # 块为 4 m ,合拢 段均为 2 m ,边跨现浇段为 4. 9 m 。
本文以某高速公路中正在施工的一座大桥为例 , 系统地讨论大跨度混凝土连续梁在使用挂篮浇筑施 工时 ,确定每个施工阶段的挠度 ,从而设置各个梁段 在施工中的预拱度 ,使得桥梁达到理想线形 。
1 工程背景
此桥为某高速公路上的一座新建桥梁 ,主桥上部 为 40 m + 3 ×68 m + 40 m 的变截面预应力混凝土连 续箱梁 ,双幅分离式断面 ,单箱单室直腹板 。主桥箱 梁采用 C50 混凝土 。
[ 7 ] 张海龙. 桥梁的结构分析程序设计施工监控[ M ] . 北京 :中国建 筑工业出版社 ,2003.
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0 引 言
随着施工技术的进步和发展 ,施工机械化程度的 提高 ,加上使用电子计算机辅助进行桥梁结构分析计 算及施工控制 ,使得悬臂施工成为现代大跨度桥梁建 造的主要施工方法 。
施工控制的主要任务是应力控制和挠度控制 ,只 有合理确定每一个施工阶段的应力和挠度 ,才能使桥 梁在每一个跨径内顺利合拢 ,才能保证在结构运营一 定时间后达到设计所期望的标高线形[1] 。
收稿日期 :2005210221 ;修改日期 :2005212209 作者简介 :张应奎 (1981 - ) ,男 ,安徽肥西人 ,合肥工业大学硕士生 ;
杨成斌 (1962 - ) ,男 ,安徽滁州人 ,合肥工业大学教授.
图 1 根部和跨中截面
2 结构建模及计算分析
2. 1 计算模型的建立 本桥采用桥梁有限元软件 Midas/ civil 进行结构
其中 ,Δ1 = ∑Δ1i ,Δ2 = ∑Δ2i ,Δ3 = ∑Δ3i , …,Δ9 =Δ99 。
i=1
i =2
i=3
△ii 不仅为桥梁静载和挂篮引起的挠度变化 ,还
包括施工中混凝土徐变所引起的挠度变化 。
悬臂桥梁施工时结构的总挠度计算应包括短期
弹性挠度和已发生的徐变挠度变形 ,计算公式[1] 为
f 施 = ( - f y + f g1 + f s ) (1 +ψ( t ,τ) )
〔参考文献〕
[ 1 ] 雷俊卿. 桥 梁悬臂 施工与 设计 [ M ] . 北京 : 人民 交通出 版社 , 2000.
[ 2 ] 刘吉士 ,阎洪河 ,李文琪. 公路桥涵施工技术规范实施手册[ M ] . 北京 :人民交通出版社 ,2002.
[ 3 ] 张继尧 ,王昌将. 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[ M ] . 北京 :人 民交通出版社 ,2004.
在施工控制时桥梁各阶段挠度的控制一般采用 正装和倒装计算相结合的方法 ,并且不断调整改变相 应的参数 ,可以使得结果更加精确 ,此桥采用此方法 , 其计算方法步骤如下 :
3 悬臂浇注中各阶段立模标高的确定
(1) 第一步进行正装计算 ,结合桥梁的结构状 态 、施工工况 、施工荷载 、二期横载 、活载等 ,进行结构
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