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斜拉桥横梁预应力储备分析
2018-04-16  中国桥梁网 分享到:
关键词:斜拉桥 横梁 预应力储备 

   1 工程概况

   红枫湖特大桥位于沪瑞国道主干线清镇至镇宁公路上,跨越红枫湖。主桥为30m+102m+185m的独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。大桥主梁截面采用双实心边主梁形式,为双向预应力混凝土结构。节段基本长度8m,横梁的基本间距8m。主梁与主塔承台固结长度为6.1m。除主塔根部两根横梁为钢筋混凝土结构外,其余横梁均设有预应力束。

   2 问题提出

   边主梁截面形式的大跨度混凝土斜拉桥,梁上拉索间距一般为6~8米,两根拉索之间设置一道横梁。桥面较宽时,横梁采用预应力结构。横梁施加预应力后,其预应力储备及其均匀性将关系到后期荷载作用下结构的安全。悬臂施工中,如果各横梁的预应力束随施工进程在当前阶段内全部张拉完毕,虽然方便施工,但会造成同一块件的两根横梁受力不均,对桥梁整体受力产生不利影响。

   为改善横梁受力,红枫湖特大桥采用了分阶段张拉横梁预应力束的方法。大桥各横梁内分别设有3束预应力束(N1、N2、N3),具体张拉顺序:1#块浇注完毕后,张拉横梁h0的N1、N2、N3钢束和h1的N1、N3钢束;2#块浇注完毕后,张拉横梁h1的N2钢束和h2的N1、N3钢束;3#块浇注完毕后,张拉横梁h2的N2钢束和h3的N1、N3钢束……依此类推,进行前方块件横梁的预应力张拉。

   3 预应力储备分析

   3.1 预应力等效处理

   预应力效应采用等效节点力处理,将预应力对梁单元的作用等效为四种荷载作用,如图3所示。

   其中,Ni=Nj=T;q=4T/L2(2Dc+Di+Dj);Mi=TDi;Mj=TDj;Qi=T/L[(4Dc+2Di+2Dj)-(Dj-Di)];Qj=T/L[(4Dc+

   2Di+2Dj)-(Di-Dj)]

   上列各式中,Ni,Nj为等效轴力;Qi,Qj为等效剪力;Mi,Mj为等效弯矩;q为等效均布荷载;Di,Dj为梁单元端部预应力束的偏心矩;DC为梁单元中部预应力束的偏心矩;T为考虑了各项损失后单元的有效预应力值。

   建立三维实体模型,因塔柱中心线两侧3.05m范围内主梁与承台固结,建模时将距塔中心线3.05m处断面设为固定端,形成悬臂结构体系。

   选取与横梁h1应力变化关系密切的几个工况进行受力分析:工况一,横梁h1的N1、N3钢束张拉完毕;工况二,1#块纵向预应力束张拉完毕;工况三,1#索张拉265t;工况四,横梁h2的N1、N3钢束和横梁h1的N2钢束张拉完毕;工况五,2#块纵向预应力束张拉完毕;工况六,2#索张拉188t。计算结果与横梁h1应力实测结果比较见表1。

   注:Ss――上缘应力计算值;Sx――下缘应力计算值;Ss测――上缘应力测量值;Sx测――下缘应力测量值。

   应力计算与实测结果基本吻合,预应力等效处理能较好的反映构件的实际受力状态。

   3.2 内力计算

   根据11#施工节段以前的各施工工况,利用有限元分析软件建立空间模型。边主梁和横梁简化成三维框架单元,横梁预应力按施工程序等效加载。横梁内力计算结果详见表2。

   3.3 结果分析

   ①n#块件浇注完毕并张拉预应力束后,其横梁的轴力值仅为张拉力的86%。由于边主梁的约束作用,其余14%的张拉力作用将由其他横梁分担,横梁h(n-1)分担最多,当悬臂段很长时,横梁h0分担的张拉力基本为零。

   ②由于塔梁墩固结,主梁根部受到塔墩的强大约束作用,其横向变位很小,导致0#块件附近预应力束张拉作用难以作用到横梁上,横梁预应力储备很小。横梁h0自身预应力束张拉引起的轴力仅为其张拉力的26%。当横梁h11张拉完毕后,横梁h0的预应力储备也只能达到设计值的46%。

   ③随施工进行,主梁块件数逐渐增多,横梁之间预应力作用的相互分担趋于均匀(横梁h0、h1除外),横梁的预应力储备均达100%左右。

   4 结束语

   利用预应力等效模型进行横梁内力分析行之有效,计算结果基本能够反映结构的实际受力状态。分阶段张拉横梁预应力束有利于平衡各横梁的预应力储备,使横梁的受力趋于合理。理论计算结果表明,红枫湖特大桥除塔根部附近的横梁预应力储备较小外,其他横梁的预应力利用充分。

   参考文献:

   [1]林元培.斜拉桥.北京:人民交通出版社,1994.

   [2]邓新安.斜拉桥的施工控制.中国港湾建设,2001,5:34~37.

   [3]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制.北京:人民交通出版社,2003.

   作者简介:郑晖(1979-),女,辽宁鞍山人,工程师,从事市政桥梁设计工作。
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