高墩大跨刚构桥施工阶段应力分析.doc

精品论文大集合高墩大跨刚构桥施工阶段应力分析高峰 华东交通大学建筑工程学院，南昌(330013) E-mail: miji_gao摘要：由于预应力混凝土本身的特性和大跨度施工的需要，节段施工几乎是所有大跨度桥 梁使用的施工方法；预应力混凝土运用在节段施工中，表现出了与钢结构极大的差异。一方面，由于节段累积和体系转换，结构的内力和位移处于复杂的变化之中；另一方面，混凝土 的一些基本计算参数，其计算理论值与施工实际值存在着必然的差异，使得施工过程和成桥时的内力、线形状态均可能与设计不符，留下安全和质量隐患。因此，近年来施工控制问题 引起了越来越多的专家学者和工程师的高度注意，成为大跨度桥梁建设中不可或缺的一环。本文通过九岭高架大桥工程实例，建立正确有限元计算模型得出理论值，并对理论值采用 K值法进行修正得出与实测值更为接近的理论修正值，用以指导施工，确保施工的质量。 关键词 ： 连续刚构桥，悬臂施工，应力监测，K 值法中图分类号：A2008105101.引言预应力混凝土连续 刚构桥由于其跨越能力较大、行车平顺、结构用材比较合理等特点 在大跨径梁式桥中引起了更多的关注。但是这类 桥梁施工工艺复杂，施工过程中许多难以 预料的因素可能导致某些部位的应力或变形过大，从而影响施工质量，因此在施工过程中， 必须进行监测。一般来说，桥梁监测和施工控制主要从以下几个方面重点考虑：一是各施工 工况下挠度计算和高程观测，以保证合理的施工预拱度，使桥梁顺利合龙达到设计要求；二 是应变测试和应力分析，以了解结构在每一施工阶段的实际受力状态，出现裂缝时能及时采取补救措施，保证桥梁施工安全 1 。本文以九岭高架大桥的应力测试和应力分析为例，分析 和研究刚构桥施工控制的应力监测方法及 K 值法对理论应力进行修正，使得理论修正值与 实测值更为接近。2.工程概况及有限元模型2.1 工程概况九岭高架大桥是瑞金至赣州高速公路 AS4 标段一座特大桥，位于江西省赣州市瑞昌县 白鹅镇。大桥全长 1054 米，墩高 4570m，其主孔一联为 300 米（45m+3×70m+45m），设 计为变截面三向预应力混凝土连续箱梁，横断面为单箱单室。箱梁顶板设置横向和纵向预应 力、腹板设竖向预应力，底板跨中设置纵向预应力。主桥采用挂篮悬臂现浇对称施工，按照 从边跨向中跨合拢的施工方法进行结构体系转换，设计对成桥后结构的线形及混凝土的应力 控制比较严格，施工难度较大。图 1 九岭高架大桥桥型图Fig1 Jiuling elevated bridge-type plans- 1 -2.2 有限元模型九岭高架大桥为双幅连续梁桥，计算中只取单幅建立平面杆系模型。在对整个施工过程 进行仿真计算时，考虑到上、下两幅施工工序在时间上的差异，需分别进行计算。计算模型 最大结构包含 142 个节点，121 个单元。挂篮采用程序中自带的挂篮组进行模拟。根据定性分析确定初步的桥梁施工程序，按初步确定的施工程序进行计算，根据计算结果调整初步确定的施工程序，反复进行，最后确定该桥的全桥仿真理论计算工况为 73 个。 按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，应用同济大学开发的 桥梁结构分析程序桥梁博士 V3.0 对施工过程进行一次正装计算，分别计算了以下控制数据的理论值：、各施工梁段的立模标高；、各施工梁段的状态变量值：包括移动挂篮、浇筑混凝土、张拉预应力索各工况对应 的梁段挠度、控制截面应力、应变；以上理论数据经与设计多次核对，确保无误后作为主桥施工控制的理论轨迹。3. 应力监测截面的选择及测点布置桥梁施工中的主梁应力观测是一项长期、烦琐的现场监测工作。对每一施工梁段的每一 工况：移挂篮、浇注混凝土、预应力张拉，都进行了全部应变计的观测。把观测值与理论值 比较，反馈调整混凝土的收缩徐变系数；掌握主梁的内部应力情况，确保施工期主梁的安全。 测点布置在关键截面的上下缘（具体位置见图 3 应力、应变测点布置图 4）。应变测试标准程序如图 2 23 。- 6 -生 产厂家标 定、 提 供标定曲 线应 变计埋入 前 检 查和测初 值砼 浇筑后测 试 初读 数测试后续 工况 的砼应变 读数 按 规定频率 测 试 砼收缩值 图 2 应变测试标准程序Fig2 strain standard test procedures左侧 传感器导 线伸 出位子 右侧传感器 导 线伸出位子 温度应力 复合型传 感器温度 传感器 注： 图中标注尺 寸单位均 为厘米，且图 示传感器 安装位置 是非强制性 的，即传感 器实际位子 根据现场 构造钢筋 布置. 图 3 箱梁应变测点布置图Fig3 box strain measuring point layout4. 应力监测分析及结果应力监测是连续刚构桥施工控制的一个主要内容，它是施工过程中的安全预警系统，是 对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全的主要依据。4.1K 值法修正理论应力值的基本观点K 值法修正理论应力值的基本观点：综合考虑所以引起应力变化的因素，寻找控制截面 实测应力曲线和理论应力曲线的关系，进而对理论值进行修正，使之跟实测值更接近。4.2公式推导控制截面的实测应力是最接近该截面真实应力的，控制截面的理论应力是考虑各种影响 因素后计算机仿真模型所计算出的应力值。其二者的变化趋势应该是一致的。应力 实测 曲线 理论 曲线 工况工况 图 4 应力-工况示意图Fig4 stress project overview schematic假定 A,B 为工况 N 和工况 N+1 的实测应力，C,D 为工况 N 和工况 N+1 的理论应力。曲 线 AB 和曲线 CD 变化规律是相近的。C 点的应力值包含所有影响因素对该工况下的应力贡 献，如果能够通过已知 A,B,C 点的应力的得出工况 2 下的应力 D 就能更接近工况 2 的实测 应力 D。n +1kn+1（4-1）n/n +1kn +1n（4-2）其中：kn+1 n n/第 n+1 工况下应力影响系数 第 n 工况下为理论应力值第 n 工况下实测应力值n+1 第 n+1 工况下理论应力修正值因为应力影响系数 k 的取值跟工况下的应力图形有关，而目前工况编排顺序大部分是按 施工顺序来进行的，这种工况编排所得出得应力图线与实测图形相近程度差别较大，并且所 得曲线不圆滑，因此不适合 k 值法得应用。九岭高架大桥工况编排按照每个块段挂篮安装，浇筑，张拉进行分类。4.3工程实例具体根据上述数据处理方法，由现场实测的应变值求得结构内部的实际应力值。由于篇 幅所限，本文主要列出 5#墩截面的应力分析结果如表 1 所示。表 1 五号墩应力表Tab1 fifth piers stress table块 段实测值理论值理论应力修正值挂篮浇筑张拉挂篮浇筑张拉挂篮浇筑张拉上缘应力11.8016.411.0514.201.8016.41217.7316.5332.2515.3014.8030.0017.7325.4034.67332.5731.6949.9931.0029.7045.6031.0033.1749.02451.6850.3965.3346.7044.5060.9049.0647.4866.76566.8565.1680.1962.1059.1075.6068.7266.9381.10684.4081.7099.1376.8071.1087.9082.6778.3993.247102.02101.70108.0088.8081.9098.4097.5894.11110.988110.40108.40116.3099.4091.40103.00114.20113.50113.059116.70115.50121.90103.0093.60101.00114.40111.01114.04下缘应力10.770.911.242.220.770.9121.822.344.712.865.515.661.823.412.3235.496.986.806.5210.6010.404.154.508.6549.3710.4910.1511.2016.7015.609.4311.0010.21514.7619.6018.9916.4023.0021.7013.7214.4514.12621.5430.2527.1522.5032.2030.6020.2527.4426.78726.6333.5733.3031.7042.9041.0030.3540.3036.38836.3843.1042.3442.1054.7053.6035.3642.8043.53944.3153.2151.3854.7069.1068.5047.2654.4554.125号墩浇筑后应力对比140120应力（MPa）1008060402001 2 3 4 5 6 7 89 施工阶段上缘实测值 上缘理论修正值 上缘理论值 下缘实测值 下缘理论修正值 下缘理论值图 5 5 号墩浇筑后应力对比图Fig5 fifth piers after pouring stress comparison chart5号墩张拉后应力对比140.00120.00应力（MPa）100.0080.0060.0040.0020.000.00123456789 施工阶段上缘实测值 上缘理论修正值 上缘理论值 下缘实测值 下缘理论修正值 下缘理论值图 6 5 号墩张拉后应力对比图Fig6 fifth piers after tension stress comparison chart5号墩挂篮后应力对比140120应力（MPa）100806040200123456789 施工阶段上缘实测值 上缘理论修正值 上缘理论值 下缘实测值 下缘理论修正值 下缘理论值图 7 5 号墩挂篮后应力对比图Fig7 fifth piers after gualan stress comparison chart5. 结论在实际结构中，混凝土收缩、徐变、温度应变及施工临时荷载产生的应变是混合在一起 的，而计算中必须将混凝土的收缩 、徐变及温度影响从中剔除。施工临时荷载及有限元模 型等产生的误差不可忽略，这也造成了理论值和实测值较大的偏差。K 值法对理论值进行修 正明显减小偏差，可以比较准确预测出下一施工阶段应力值，使应力监控有较为准确的依据。参考文献1 马保林，李子青。高墩大跨连续刚构桥 M- 1北京：人民交通出版社， 2 0 0 1 2 徐君兰。 大跨度连续刚构桥施工控制 M- 1 北京：人民交通出版社 ，2 0 0 0 3 武芳文， 方辉，赵雷。大跨度连续刚构桥施工阶段应力监测分析 铁道建筑，2005.09：68Tun high-span bridge construction phase of the stress analysisGao FengEast China Jiao Tong University Architecture and Civil Engineering, Nanchang in JiangxiProvince (330013)AbstractPrestressed concrete because of its characteristics and the needs of the construction of large-span,segmental construction is almost all long-span bridges using the method; in the use of prestressed concrete segmental construction, steel and showed great differences. On the one hand, due to the segment and the cumulative system conversion, the structure of the internal forces and displacement in the complicated changes; On the other hand, some of the basic concrete parameters, the calculation of its theoretical value and actual value of construction there are inevitable differences, making construction Process and the bridge at the time of internal forces, linear state may be inconsistent with the design, leaving the safety and quality problems. As a result, control of construction in recent years has caused a growing number of experts and scholars and engineers a high degree of attention to building long-span bridges has become an indispensable element. Through nine elevated ridge Bridge Project, the establishment of the correct finite element model theory of value and theoretical value of the K value method adopted amendments to arrive at a more measured and close to the theoretical value of the amendment to guide the construction, to ensure that the construction Quality.Keywords: Continuous rigid frame bridge ;Cantilever construction ; Stress Monitoring ; K value