PC连续梁桥长期下挠控制方法研究

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:沈志荣
[导读] 本文以实际工程为背景,主要了增加跨中底板钢束和边支座沉降施工两种方法控制连续梁桥的长期下挠。

(湖州市交通建设管理局,浙江,湖州,313000)
  【摘  要】近年来,我国连续梁桥跨径越来越大,其暴露出的问题越来越明显,其中跨中下挠问题尤为严重,跨中下挠使桥梁线形不平顺,引起车辆通行的安全隐患。本文以实际桥梁为工程背景,主要探讨了连续梁桥长期下挠的控制方法及相关措施,主要分析了增加跨中底板束及利用边支座沉降法对跨中挠度的控制效果。
  引言
  PC连续梁桥具有结构整体性好,施工工艺成熟,抗震性能较好等特点在我国桥梁建设中广泛的应用,但是目前大跨径PC连续梁暴露出诸多问题,其中跨中下挠问题尤为严重,引起连续梁下挠的因素很多,例如混凝土收缩徐变、预应力损失等。其造成桥梁线形不平顺,降低了车辆通行的舒适性,并引起交通安全隐患,本文以实际工程为背景,主要了增加跨中底板钢束和边支座沉降施工两种方法控制连续梁桥的长期下挠。
  1 工程背景
  选取两座PC连续梁桥为工程背景,主跨分别为108m与150m,如表1。采用有限元计算软件Midas/Civil建立模型如图1,对整个桥梁施工过程进行模拟,并分析两种方法控制桥梁长期下挠的效果。
  表1工程背景桥梁跨径
  a)1#桥模型离散图
  
  图2  1#桥底板束纵向布置示意图
  原设计底板束采用ΦS15.2-12钢绞线,现将对其数量进行改变,分别计算14、16和18根钢束的结果。首先将跨中底板束改为ΦS15.2-18进行简单的验算,验算结果显示成桥状态满足规范要求。
  2#桥(主跨150m)PC连续梁桥跨中底板束编号为MB1~MB9,布置如图3。
  
  图3 2#桥底板束纵向布置示意图
  原设计底板束采用ΦS15.2-15钢绞线,将对数量进行改变,分别计算17、19、和21根钢束的结果。首先将跨中底板束改为ΦS15.2-21桥梁进行简单的验算,验算结果显示成桥状态满足规范要求。
  将跨中底板束数量更改计算成桥及成桥后3、5、10年桥梁跨中下挠情况,计算结果见图4。
  
  1#桥在底板束变更为ΦS15.2-18后,经过10年收缩徐变挠度基本与成桥阶段相差很小,而2#桥在底板束变更为ΦS15.2-24后,10年后依然有6cm的下挠。通过两桥的对比分析,1#桥在中跨跨中顶板束较多,而2#桥只有2根顶板束。由此分析可知,在中跨跨中增加底板束可以有效的预防运营期下挠,但同时应注意对顶板束的配置。
  3 边支座主动沉降
  支座沉降是桥梁计算中的一个常见工况,其主要是计算由于地基基础不均匀沉降引起的结构次内力。在桥梁工程中,支座沉降往往作为一个荷载进行考虑,每个支座确定一个沉降量,然后对其进行最不利组合,计算其对桥梁结构的内力、应力及变形的影响。在国内,采用支座沉降主动对桥梁成桥线性进行调整的桥梁设计还比较少。
  3.1 主动沉降引起附加内力计算
  主要对1#桥(主跨108m)在边跨、中跨合拢并拆除所有挂篮后,施加二期恒载前,对边跨支座节点施加强迫位移工况,计算主动沉降引起桥梁附加内力,并将其与桥梁恒载引起的内力对比分析。
  
  图5弯矩对比图
  图5为边跨支座沉降20cm引起的弯矩及桥梁自重引起的弯矩图,由图可知,边跨支座沉降20cm引起的弯矩相对于自重引起的弯矩很小,其最大值占自重弯矩的1.6%,另一方面,对桥梁应力较小,基本可忽略不计。
  表3支反力对比表(单位:kN)
                            边支座      中支座        中支座        边支座
  自重                 6616.2      58677.8     58677.8     6616.2
  沉降20cm       -130.7       131.0         131.0          -130.7
  从表3可以看出,边跨支座沉降20cm引起的支座反力相对于桥梁自重也较小,所以对桥梁剪力影响同样很小。
  3.2 主动沉降法控制长期下挠
  对1#桥边跨支座沉降10cm、20cm两种工况,分别计算在成桥及成桥3年、5年、10年后对跨中挠度的影响。具体结果见图6及表4。
  
  图6沉降引起挠度变化对比图
  表5沉降引起挠度变化对比
  
  从表4可以看出,边跨支座沉降20cm在3年、5年、10年对挠度减少量基本在9mm左右;成桥阶段对中跨跨中挠度影响较大,最大减小量为26.31%,在成桥10年以后,减少为18.73%。由此可以得出,边支座下沉的方法对连续梁桥控制长期下挠有显著的效果。
  4 小结
  本文主要分析了增加跨中底板束及边跨支座沉降的方法控制连续梁桥长期下挠的效果,主要有以下结论:
  (1)中跨跨中最大挠度随着底板束的增多基本呈线性变化,底板束的增多对后期挠度控制效果可观。
  (2)在设计中适量增多底板束可以有效预防PC连续梁桥长期下挠,同时应注意中跨顶板束的配置。
  (3)边支座主动沉降法对PC连续梁桥引起的附加内力、应力及支座反力相对于桥梁自重较小,可忽略不计。
  (4)针对主跨108m的PC连续梁桥,边支座主动沉降法在刚成桥阶段下挠减少26.31%,成桥10年阶段下挠减少18.73%,该方法对控制桥梁跨中下挠具有显著的作用,可为实际工程提供借鉴。
  参考文献:
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