大跨径连续刚构桥长期下挠设计对策参数化分析

作者:林志平;曾俊铖;夏江泉;刘志权 刊名:福建交通科技 上传者:张丽君

【摘要】以宁德沈海复线双福高速公路桐山溪特大桥为背景;采用桥梁博士程序建立了结构有限元模型;进行了参数化分析;研究了预应力和附属设施等方面的设计优化对策对大跨径预应力混凝土连续刚构桥长期下挠的影响;结果表明;增加悬浇束中的中长束和长束对改善跨中长期下挠的作用比较明显;增加中跨合龙束对减小跨中长期挠度的效果也非常突出;尤其是增加底板中长束的作用最为显著;而增加边跨合龙束反而对桥梁跨中长期下挠产生不利影响;取消找平层可改善跨中长期下挠;但可能会造成桥梁线形不平顺;

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0引言连续刚构桥适用于高墩大跨连续梁桥的建设,这种体系梁与墩固接,能通过主墩的柔性来适应桥梁的纵向变形,在我国桥梁建设中已有较多的应用[1]。然而在大量的工程实践中发现,预应力混凝土连续刚构桥跨中的下挠问题比较突出,尤其是大跨径连续刚构桥的长期下挠更为严重[2]。这一问题大大影响了预应力混凝土连续刚构桥的安全和使用性能,因此在设计这类桥梁时,采取相应的对策来控制其跨中长期挠度显得尤为重要。长期以来,学者对连续刚构桥的长期下挠提出了多种设计应对策略。郑万成[3]从改善设计水平的角度出发,分析了改善高跨比、增加顶板负弯矩束、增加支点区域底板厚度等手段,来减少连续刚构桥运营期间的长期下挠;何军[4]通过对广州市某桥的有限元计算分析,研究并评价了控制连续刚构桥长期下挠的几种方法,包括荷载平衡法调整钢束布置、调整施工措施、预留备用钢束、设置体外预应力等;郭文君[5]结合晋蒙黄河大桥的建设,从跨径、跨数、纵坡、梁底线形、桥墩高度、预应力体系等方面,提出了改善连续刚构桥跨中下挠的一些设计和构造措施。本文在目前已有的相关研究的基础之上,以宁德沈海复线双福高速公路桐山溪特大桥为工程背景,建立了有限元计算模型,分析了预应力束和附属设施的设计优化措施对大跨径连续刚构桥长期下挠的影响。1工程概况桐山溪特大桥主桥为(104+200+104)m的三跨预应力混凝土变截面连续刚构桥,如图1。左右幅采取分离布置,单幅为单箱单室箱梁截面。上部结构按全预应力混凝土构件设计,采用三向预应力体系。主桥采用挂篮悬臂浇筑法施工。图1桐山溪特大桥总体布置图(单位:m)桐山溪特大桥主桥单幅箱梁标准断面如图2所示,箱梁顶宽12m,底宽7m,顶板悬臂长度2.5m,悬臂板端部厚20cm,根部厚80cm。箱梁高度由距主墩中心5.5m处向跨中方向94.5m段按1.5次抛物线变化,跨中处箱梁高度为4.57m,支点处箱梁高度为12.57m。箱梁根部底板厚119.5cm,跨中底板厚32cm,底板厚度按直线变化;根部腹板厚90cm,跨中腹板厚50cm,腹板厚度在变化段按直线渐变,由90cm变至70cm,再变至50cm;顶板厚30cm。梁顶设2%的横坡。选取单幅桥,采用桥梁博士程序建立了桐山溪特大桥整体计算模型,上部结构共计126个单元、127个节点,计算模型如图3所示。图2主梁标准断面图(单位:cm)图3有限元计算模型示意图为便于观察桥梁跨中长期下挠的变化趋势,本文以各种情况下的成桥时跨中挠度为基准,以不同成桥时间后的跨中挠度与成桥时跨中挠度的差值作为“跨中挠度增量”,对计算结果进行说明。2预应力设计优化2.1悬浇束桐山溪特大桥主跨为200m,悬臂施工时悬臂长度较大,悬浇束长度变化也较大,从20m左右变化至300m左右。本文将桥墩0~37m范围内的预应力束称为短束,距桥墩37m~71m范围内的预应力束称为中长束,距桥墩71m~99m范围内的预应力束称为长束,分别探讨短束、中长束及长束的变化对跨中长期挠度的影响。(1)短束在其他条件不变的情况下,分别将短束增加5%、10%与15%,得到跨中长期挠度的变化如图4所示。可以看出,短束增加时,跨中长期挠度增量有所减小,但作用并不明显,短束增加15%时,成桥30年后的跨中挠度增量仅减小了2.4mm左右。(2)中长束在其他条件不变的情况下,分别将中长束增加5%、10%与15%,得到跨中长期挠度的变化如图5所示。可以看出,中长束增加时,跨中长期挠度增量相应减小,中长束增加对减小跨中长期挠度的作用比短束增加明显,中长束增加15%时,成桥30年后的跨中长期挠度增量减小了7mm左右。

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