浅析存梁期对预制拼装连续梁桥的影响

浅析存梁期对预制拼装连续梁桥的影响

段传武

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550000 )

摘要：预制拼装连续梁桥因施工工期短、施工质量好等优点被桥梁工程建设中广泛采用。因预制拼装连续梁桥属于超静定结构，混凝土的收缩徐变对结构的受力及变形有着较为明显的影响。本文利用迈达斯有限元软件建立了不同时间参数的有限元模型，简要分析不同的存梁期对节段预制拼装连续梁桥收缩徐变的影响，为类似型式桥梁的设计、施工提供一定的参考。

关键字：存梁期；预制拼装；连续梁桥；

引言

由于混凝土材料固有的时间依存特性，在整个使用寿命时间里，桥梁结构都会产生收缩变形及徐变变形，其受力状态一直都在发生着变化。节段预制拼装连续梁桥施工时先在梁场或者桥位附近觅一场地提前集中预制好主梁梁体，存放一段时间后利用运输车辆运送至桥位进行吊装拼装，主梁由预制成形到吊装拼接就会有一段时间的存梁期,在这期间节段梁已经发生了一定的收缩徐变变形，存梁期越久，收缩徐变对拼装成桥后结构的内力及变形的影响就越大。

1、 模型建立

本文采用迈达斯有限元软件分别建立节段梁存梁期T=30、60、90、180、365、550、730天的不同时间参数模型，以分析不同的存梁期对预制拼装连续梁桥内力与变形的影响，有限元模型如图1所示。根据桥梁的实际施工步骤进行有限元模拟，主要施工步骤如下：①施工下部基础及桥墩；②现场浇筑中墩、次中墩墩顶0号块混凝土；③利用架桥机吊装节段梁块；④张拉预制梁段的简支预应力钢束；⑤浇筑湿接缝，再张拉墩顶负弯矩钢束及底板通长钢束；⑥浇筑1号、5号边墩墩顶后浇固结带，并张拉边墩竖向预应力钢束；⑦施工桥面铺装层；⑧成桥运营阶段。

图1  本桥迈达斯模型

2、 下部桥墩内力与变形结果分析

（一）桥墩墩顶及墩底内力

计算得到收缩徐变作用下成桥后墩顶弯矩、墩底弯矩、墩顶剪力值。经过数据分析可知：节段预制梁的存梁期越久，则成桥后桥墩墩身内力越小，且墩顶位移也越小。随着存梁期的增加，各墩墩顶位移、墩顶弯矩、墩底弯矩、墩顶剪力都呈递减趋势，尤其是90天存龄期之前，变化的速率最大。与30天存梁期的节段梁相比，存梁期730天时1号边墩墩顶位移减小约36.4%，墩顶弯矩减小约38.1%，墩底弯矩减小约33.0%，墩顶剪力减小约37.7%；2号次边墩墩顶位移减小约34.9%，墩顶弯矩减小约33.3%，墩底弯矩减小约50.9%，墩顶剪力减小约34.1%。由于3号中墩墩身内力本身就很小，所以不作比较。和次边墩相比，边墩墩顶弯矩、墩底弯矩、墩顶剪力和墩顶位移受不同存梁期的影响更大。因此，从桥墩受力和变形来看，增加预制节段梁的存梁期，将改善预制拼装连续梁桥的受力和变形状态。

（二）桥墩墩顶的变形

计算得到收缩徐变作用下成桥墩顶位移值，经过数据分析可知：节段预制梁的存梁期越久，则成桥后桥墩墩顶位移越小。随着存梁期的增加，各墩墩顶位移都呈递减趋势，尤其是90天存龄期之前，变化的速率最大。与30天存梁期的节段梁相比，存梁期730天时1号边墩墩顶位移减小约36.4%；2号次中墩墩顶位移减小约34.9%。由于3号中墩墩身内力本身就很小，所以不作比较。相较于次边墩，边墩墩顶位移受不同存梁期的影响更大。因此，从桥墩受力和变形来看，增长预制节段梁的存梁期，将改善预制拼装连续梁桥的受力和变形状态。

3、 上部主梁内力与变形结果分析

（一）上部主梁的弯矩及轴力

计算得到收缩徐变作用下成桥后各主梁主要截面的弯矩值、轴力值，经过数据分析可知：随着存梁期的增加，各主梁控制截面的弯矩值、各跨的轴力值都呈递减趋势，尤其是90天存龄期之前，变化的速率最大。与30天存梁期相比，存梁期为730天时1号墩墩顶截面弯矩减小31.8%，第一跨跨中弯矩减小32.7%，2号墩墩顶弯矩减小33.8%，第二跨跨中弯矩减小36.7%，3号墩墩顶弯矩减小29.0%。与30天存梁期相比，存梁期为730天时第一跨主梁轴力减小32.3%，第二跨主梁轴力减小41.3%，相较而言，第二跨主梁轴力减小的幅度更大。

（二）上部主梁的应力

计算得到收缩徐变作用下1号墩墩顶截面、第一跨跨中、2号墩墩顶截面、第二跨跨中、3号墩墩顶截面上、下缘压应力值，经过数据分析可知：

（1）除了2号墩墩顶截面特殊以外，节段预制梁存梁期的增加会导致其他截面的上缘压应力减小，下缘压应力增大。而2号墩墩顶截面则呈现相反的趋势。

（2）与30天存梁期的节段梁相比，存梁期730天时1号墩墩顶截面上缘压应力减小4.7%，第一跨跨中减小4.7%，第二跨跨中减小4.9%，3号墩墩顶截面减小0.2%。总的来说变化幅度均较小，且各截面变化幅度基本相同。

（3）与30天存梁期的节段梁相比，存梁期730天时1号墩墩顶截面下缘压应力增大20.5%，第一跨跨中增大9.9%，第二跨跨中增大13.6%，3号墩墩顶截面增大1.8%。可以看出，下缘应力变化幅度比上缘稍大，而且1号边墩墩顶截面的变化幅度是最大的。

（4）综上所述，从主梁应力这个角度来看，不同的存梁期对各主梁主要截面的上、下缘应力有一定的影响，但影响不大。

（三）上部主梁的变形

计算得到不同存梁期的上部主梁跨中挠度（挠度规定以向上为正），经过数据分析可知，节段梁的存梁期越长，则预制节段拼装连续梁桥由收缩徐变产生的主梁挠度越小,尤其是90天存龄期之前，变化的速率最大。在收缩徐变作用下，节段梁30天存梁期时边跨跨中挠度为14.1mm，730天存梁期时边跨跨中挠度为7.2mm，后者比前者减小了6.9mm，减小幅度为48.9%；节段梁30天存梁期时中跨跨中挠度为8.0mm， 730天存梁期时边跨跨中挠度为3.7mm，后者比前者减小了4.3mm，减小幅度为53.8%。这说明不同的节段梁存梁期对主梁的收缩徐变变形的影响较大。

结语

节段预制梁的存梁期越久，则成桥后由收缩徐变产生的桥墩墩身内力越小，且墩顶位移也越小。相较于次边墩，边墩墩顶弯矩、墩顶剪力和墩顶位移受不同存梁期的影响更大。从主梁应力角度看，不同的存梁期对各主梁主要截面的上、下缘应力有一定的影响，但影响不大。节段梁的存梁期越长，则成桥后收缩徐变产生的主梁挠度越小，不同的存梁期对上部主梁的成桥线形的影响较大。综上所述，从下部桥墩、上部主梁的受力及变形来看，增加预制节段梁的存梁期，将改善节段拼装连续梁桥的受力和变形状态。综合考虑结构受力及施工工期等各方面因素，存梁期一般控制在大概90天较好。合适的存梁期一方面能实现桥梁的平行施工，另一方面能使桥梁成桥后较好地接近期望的受力状态。

参考文献：

[1]王渊. 城市高架轨道交通节段拼装桥梁施工及控制技术研究[D].中南大学,2008.

[2]魏明. 节段预制拼装桥梁适用条件及若干关键技术研究[D].东南大学,2016.

[3]成仲鹏. 高速铁路大跨度节段拼装梁桥施工过程中的力学行为分析[D].兰州交通大学,2015.

[4]金群纲. 节段预制拼装法建造桥梁技术研究[J]. 建筑知识,,:1-2.