某連續(xù)剛構(gòu)大橋中跨合攏前頂推力計(jì)算

1、毛坯子大橋主橋中跨合攏段頂推力計(jì)算預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋在完成體系轉(zhuǎn)換后，后期砼收縮徐變與降溫效應(yīng)相組合使兩墩之間主梁有縮短的趨勢(shì)，迫使墩頂向跨中方向發(fā)生位移，墩頂、墩底產(chǎn)生較大的彎矩，同時(shí)主梁受到砼纖維限制，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)造成危害。因此，在邊跨合攏后、中跨合攏前對(duì)中跨懸臂端部施加一個(gè)水平推力，使橋墩產(chǎn)生一個(gè)預(yù)偏位來(lái)抵抗上述位移，有利于橋梁后期受力，增加結(jié)構(gòu)的安全度。為此，監(jiān)控組根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，通過(guò)建立有限元模型，計(jì)算分析確定合攏頂推力值。一 墩頂偏位與頂推力關(guān)系在結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型（圖1）中，需在最大懸臂工況下（即中跨合攏前）對(duì)懸臂端施加縱向的水平推力P，來(lái)消除各墩頂產(chǎn)生的水平偏

2、位。圖1 毛坯子大橋主橋有限元模型在最大懸臂端分別施加0KN、100kN、200kN 、300kN的頂推力,兩個(gè)主墩墩身對(duì)應(yīng)在0#塊中心的節(jié)點(diǎn)（25號(hào)、71號(hào)節(jié)點(diǎn)）處的水平位移見表1。表1 不同頂推力作用下主墩對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)水平位移（mm）（合攏溫差為0） 節(jié)點(diǎn)頂推力25710KN4.10-2.89100KN-0.011.04200KN-4.265.11300KN-8.609.26從表1中可以看出，控制截面節(jié)點(diǎn)的水平位移變化基本與頂推力呈線性變化，即每增加100KN的頂推力，8#墩對(duì)應(yīng)0#塊中心處水平偏位為4.2mm，9#墩對(duì)應(yīng)0#塊中心處水平偏位為4.1mm。有了上述節(jié)點(diǎn)位移量與頂推力的關(guān)系，即可

3、開展頂推力優(yōu)化計(jì)算和溫度影響的分析。二 頂推力計(jì)算2.1 收縮徐變對(duì)頂推力的影響在確定橋梁在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后因收縮徐變影響所需的實(shí)際頂推量時(shí)，我們需要考慮以下兩個(gè)因素：（1）理論上的頂推量為長(zhǎng)期收縮徐變后的累積縱向水平位移，結(jié)構(gòu)有限元模型是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)的模擬，而實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的邊跨支座位移肯定會(huì)受到摩阻力的影響。（2）從成橋到收縮徐變完成需要很長(zhǎng)時(shí)間，若預(yù)先頂推100% 收縮徐變效應(yīng)值，這樣結(jié)構(gòu)在合龍完成后在運(yùn)營(yíng)階段將會(huì)帶有由于頂推作用而引起的反向過(guò)大位移，并且在這期間還有活荷載的作用，這對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的橋墩產(chǎn)生很大的不利彎矩，更有可能引起開裂。另外雙薄壁墩一般采用柔性墩，設(shè)計(jì)上原本就容許有一定

4、的縱向位移。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般只需預(yù)頂實(shí)際收縮徐變量的 60%?？紤]橋梁運(yùn)營(yíng)十年后，主墩對(duì)應(yīng)0#塊中心處節(jié)點(diǎn)位移如表2所示。表2 橋梁運(yùn)營(yíng)十年后對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)水平位移（mm）(未頂推，合攏溫差為0)節(jié)點(diǎn)十年后累計(jì)位移60%十年累計(jì)位移2521.8713.1271-20.5412.32在頂推力Pi 作用下, 各節(jié)點(diǎn)的水平位移量可按式(1) 計(jì)算: i =1-i ×Pi (1)i =60%*10 (2)即 Pi=i/1-i (3) 式中:i 為各節(jié)點(diǎn)頂推產(chǎn)生的水平位移；1-i為單位頂推力作用下各節(jié)點(diǎn)水平位移；Pi 為頂推力；10為橋梁運(yùn)營(yíng)十年后節(jié)點(diǎn)累計(jì)水平位移。通過(guò)表1，表2及公式（3）,可計(jì)算

5、出:P25=25/1-25=-21.87×0.6/0.042=-313KN；P71=71/1-71=20.54×0.6/0.041=301KN；中跨合攏前對(duì)兩懸臂端頂推時(shí)，為了便于施工，兩個(gè)中跨合攏段的頂推力應(yīng)保持相等，即|P25|= P71。因此頂推力P=(|P25|+ P71)/2=307KN。2.2 溫度對(duì)頂推力的影響現(xiàn)實(shí)條件下，實(shí)際合攏溫度往往與設(shè)計(jì)合攏溫度有一定差值，由于橋梁合攏后升溫較降溫對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利，故盡量選擇低溫合攏。為了分析在設(shè)計(jì)溫度合攏后降溫對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，計(jì)算了10個(gè)降溫值對(duì)主墩對(duì)應(yīng)0#塊中心節(jié)點(diǎn)水平位移的影響，結(jié)果見表3。表3 合攏后降溫作用下對(duì)

6、應(yīng)節(jié)點(diǎn)水平位移（mm） 節(jié)點(diǎn)降溫溫差2571000-10.58-0.59-21.16-1.18-31.74-1.78-42.32-2.37-52.90-2.96-63.49-3.55-74.07-4.14-84.65-4.74-95.23-5.33-105.81-5.92由表3可以看出，溫度變化與各節(jié)點(diǎn)水平位移成線形比例關(guān)系,因此若合攏溫度與設(shè)計(jì)溫度溫差不為零，就要使各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生水平位移，就必須采取預(yù)頂推的方法來(lái)消除合攏溫差產(chǎn)生的效應(yīng)。由合攏溫差產(chǎn)生的合攏變形需優(yōu)化的頂推力為:PiT =T×iT÷1-i （4）式中: PiT為因合攏溫差各節(jié)點(diǎn)所需調(diào)整的頂推力( kN)；T為設(shè)

7、計(jì)合攏溫度與實(shí)際合攏溫度的差值( ) ；iT為升溫或降溫1各節(jié)點(diǎn)的水平位移(mm)（結(jié)構(gòu)降溫效應(yīng)與升溫效應(yīng)相反）；1-i為單位水平頂推力作用下各節(jié)點(diǎn)水平位移。由表3及公式（4）得出P25T =T×25T÷1-25 =0.58×T/0.042=13.8TP71T=T×71T÷1-71=0.59×T/0.041=14.4T為方便施工，兩個(gè)中跨合攏段的頂推力應(yīng)保持相等，即|P25T|=|P71T|，頂推力PT =( P25T+P71T)/2=14.1T。2.3 最終合攏頂推力計(jì)算綜合考慮到體系轉(zhuǎn)換，混凝土收縮徐變及合攏溫度等影響因素，最終頂推力計(jì)算公式為： Pi頂推 = Pi ± PiT （5）依照設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)合攏溫度為18°C，毛坯子大橋主橋合攏時(shí)間暫定為7、8月份。根據(jù)實(shí)際合攏溫度頂推力由下表所示：實(shí)際溫度（）合攏溫