凯峡河特大桥合拢顶推力的研究

凯峡河特大桥合拢顶推力的研究

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摘要:本文简单介绍了大跨度连续刚构桥合拢时顶推力的研究现状,通过介绍力法,循环迭代法等计算方法以及顶推过程的施工工序,并针对施工现场环境温度变化,来揭示温度对合拢过程中顶推力的影响,提出合拢时要根据现场温度来进行合理修正顶推力大小。

关键词:高温合拢;连续刚构桥;顶推力;力法;计算方法

大跨度的连续刚构桥通常采用墩梁固结的形式,跨度较大,超静定次数较多,因此整个结构在自重、混凝土收缩徐变、预应力以及温度力等多个力的作用下引起的结构的竖向位移,会使结构产生较大的次内力。因此通过高墩的支摆体系降低桥墩内力是现阶段大跨度的连续刚构桥经常采用的一种结构类型。

施工过程中,现场的温度对结构顶推力的影响较大,梁体产生的位移,主墩的偏位,以及二次内力的产生,都是由于施工现场温度与设计温度有较大的引起的。同时也为了消除由于结构收缩徐变引起的主梁挠度变形,影响结构安全和美观,降低甚至消除这种附加内力的影响,因此在结构合龙前通过施加一个顶推力,给墩顶一个预偏值,来消除由于温度,混凝土后期的收缩徐变以及预应力的损失导致的墩顶偏移。

1顶推力的计算方法

现阶段来计算顶推力的计算方法和理论主要有结构力学法、循环迭代法以及有限元模拟法等,下面主要介绍这几种计算方法。

1.1结构力学方法[1]

为了改善大跨度连续刚构桥的受力情况,同时优化节点处的钢筋布置,所以结构大都选用变截面形式,首先将变截面分成若干个单元,取每个单元的中间截面为计算截面,与此同时对等效成等截面的单元进行单元矩阵分析计算,以此来抵消此种计算方法带来的精度损失。

1.2循环迭代法[2]

循环迭代法与计算结构力学的基本思想和方法具有相同之处,再此不在赘述,不同之处是在用这种方法计算顶推力时,顶推力受墩顶位移的控制。顶推力需要通过循环迭代和多次试算来确定。

图3顶推限位板布置图

1.3有限元法

MIDAS是基于Windows环境下,采用尖端的计算机图像处理技术开发的非线性详细分析专用软件,其建模和网格划分采用MidasFX+的核心技术也得到了土木领域的广泛认可。此外,它还具有截面简洁,通俗易懂,功能强大等优点,与之前的有限元计算软件产品相比,MIDAS具有更加强大的分析功能,拥有更直观、更多样化的建模方式,同时,设计人员可以利用其最新的求解器加快分析速度,获得美观多样的分析结果。另外,通过实例验证可以得出MIDAS的计算结果与理论值较为相近,在保证准确性的同时,有利于提高计算效率。

2跨中合龙顶推力的施工

为确保施工时能将适宜的顶推力准确的施加到结构上,并达到预计的效果,必须保证:(1)传递顶推力的构件具有足够的强度和刚度;(2)能够将顶推力最大化的存留在桥梁结构中;(3)顶推力的大小要合适。即要保证顶推力施加的三要素:顶推传力装置、顶推时机、顶推力大小。

2.1顶推传力装置

顶推过程的主要工具,包括千斤顶以及传力装置,这是由于千斤顶的行程较短,只能通过有效的传力机构将水平推力施加到梁端,设计过程中会在合龙段最邻近的位置处预埋钢板以及限位装置,两个装置的顶面必须在同一水平高度,并且高出桥面5mm,方便施焊。为了确保顶推过程的顺利进行,以及施工方便,传力结构通长采用工字钢或槽钢结构,顶推截面布置图如图3所示。

2.2顶推时间

为了减小顶推力,顶推过程一般在一天气温较低时。除此之外,浇筑完成后,为了保证在白天升温过程中混凝土不开裂,合龙时间不一定是箱梁混凝土平均温度的最低时间。因此,综合以上这两个方面,一般3小时前后,全天最低温度内推关闭和锁定施工。

3高温下凯峡河特大桥顶推力的确定

高温合拢时,温差对结构合龙时的成桥状态影响特别大:当各个大跨间的合龙温差不同时,需要通过逐步计算,逐步得到每个桥墩的位移量;若各跨合拢时的合龙温差一致,桥墩的水平位移根据成桥一介状态,精确计算。

凯峡河特大桥上部构造为(118+220+160+58)m四跨预应力混凝土连续刚构箱梁,共划分三个区段,如图4所示。

图4凯峡河特大桥结构示意图

顶推合龙温度时温度为25°C,比设计温度高出10°C,则顶推力增大720kN,为设计温度下顶推力的36%若在进行顶推施工中,若施工过程不考虑实际合龙温度与设计合龙温度的差异,顶推位移比理论的顶推位移少了10mm,相当于实际顶推力为1280N,经验算,按此顶推力施工,运营阶段,墩心最大水平位移为13.7mm,最小水平位移为2.9mm,且桥墩始终处于向跨中弯曲状态,没有达到让桥墩保持竖直状态的目的[4],从而影响成桥阶段的使用。

4结语

1.本文简单介绍了大跨连续刚构桥合拢顶推力的原理及作用,并对现行顶推力的一般计算方法进行了介绍,可以对后两种方法进行深入的了解和推导。

2.结合凯峡河特大桥施工项目,得出温度变化对大跨连续刚构桥顶推力的影响很大,所以合拢现场温度跟桥梁设计合拢温度的温度差对顶推力影响的程度及关系有待进一步确定。

参考文献

[1]仇明等,连续刚构桥水平顶推力的研究[J],湖南交通科技,2011,37(2);

[2]殷灿彬等,连续刚构桥高温合拢顶推力的计算方法研究[J],中南林业科技大学学报,2009,29(1)114-115;YinCanbinetc,AlgorithmsfortheJackingForceofHigh-temperatureClosureOfaContinuousRigid-frameBridge[J],JournalofCentralSouthUniversityofForestryandTechnology,2009,29(1)114-115;

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