预应力混凝土曲线连续刚构桥梁悬灌施工中线型控制方法

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1、万方数据第32卷第4期199年8月土木工程学报CH斟ACⅣIIJENG聃EERENGJOURNALV01．32No．4Aug．1999预应力混凝土曲线连续刚构桥梁悬灌施工中线型控制方法孙学先杨子江刘风奎(兰州铁道学院)摘要研究了预应力混凝土曲梁桥悬灌施工中线型控制方法。在考虑了不同时间悬灌混凝土梁段徐变变形的条件下，提出了在两种坐标系中悬臂灌筑主梁时各梁段线型调整参数的计算公式。介绍了用所建立的方法对南昆铁路板其二号大桥实施线型控制的效果：既保证了合拢精度，又达到了成桥线型与目标线型的吻合。关键词预应力混凝土曲梁桥线型监控悬灌施工1引言

2、目前，我国已建成的公路和城市立交预应力混凝土曲线梁桥中，跨度都比较小，桥墩也不高。除少数几座桥采用顶推法外，其余皆采用膺架就地灌筑的施工方法。膺架法施工由于不存在体系转换的问题，混凝土徐变不会引起结构内力的变化，设计中只按后期结构考虑即可。另一方面，膺架法就地灌筑桥梁的空间位置可在支架上立模时～次调整到位，成桥线型易于控制。采用悬臂灌筑施工的预应力混凝土曲线梁桥，较采用膺架法施工的曲线梁桥而言，具有如下特点：①结构的空间位置随施工过程不断变化，梁的根部扭矩和结构扭转变形随着悬臂的伸长越来越大，内力变得十分复杂。设计时即要考虑后期结构的受

3、力情况，又要考虑前期结构的受力特点。②混凝土的收缩及徐变、温度变化等对结构的内力及变形都有不可忽略的影响，使梁体各部位的应力难以精确把握。③悬灌施工中各梁段的线型控制对该桥的顺利建成起着至关重要的作用。南昆铁路板其二号大桥作为我国第一座铁路预应力混凝土曲线梁桥，采用悬臂灌筑方法施工，线型控制方面可资借鉴的资料很少。该桥悬灌施工监控的研究被铁道部南昆铁路建设指挥部列为结合工程的科研项目。预应力混凝土曲线粱与直线梁有显著的不同，只有竖向位移和挠曲角位移的直线梁，只需设竖向预留位移(即常说的施工预拱度)就可以了。但对具有三个线位移和三个角位移

4、的曲线梁，理论上将包括三个预留线位移和三个预留角位移。因此，曲线梁逐节悬灌施工的线型控制要比一般悬灌施工的直线梁更重要也更复杂。2预应力混凝土曲线梁结构单元分析进行预应力混凝土曲线梁悬灌施工的线型监控，首要是研制一套适用的施工监控程序。要求该程序能够按施工步骤自动计算各施工阶段(包括成桥后运营阶段)在各类荷载(包括施工预应力及其损失、徐变、收缩、二期恒载和各施工机具重量等)下的结构反应，能够计算出各施工梁段空间6个(对曲线桥)线型调控参数。还要求监控程序能对施工中各种可变因素通过输入不同的计算参数进行调整。研制的悬臂施工监控程序中，设置

5、了三种单元，空间直线梁单元(用于墩身单元)，空间曲线梁单元和空间薄壁箱梁单元。下面给出采用的薄壁箱梁单元。通常的空间箱梁单元有6个位移参数和6个杆端力参数。由于曲梁存在弯、扭耦合作用，梁体截面会产生扭转翘曲和畸变，如图1所示。为了能反映箱梁的约束扭转特征，必须增加一个扭转翘曲位移和一个相对应的翘曲双力矩。由于与轴向力有关的刚度系数已有很多文献介绍H剖，这里仅给出所采用的箱梁单元中与弯、扭自由度对应的刚度元素[4]。考虑轴向力的二次效应后，单元的总势能表达式为：Ⅱ：E，+y(1)收稿日期：1998-06-19万方数据·52·土木工程学报1

6、999正反．民／m／e“其中：图1薄壁箱梁单元民，』—●■-——．—-图2曲线梁节段示意(在叫平面内)u：扭p茹+掣c谢扣菇+丢伊矾pL算+吉伊矾p龙+吉Bp髫(2)y：一lal’⋯一罢¨2+∞”+r；日z一2yo(1J'0，+220VP口，)dz厶乇式中，p=南，”2半Ⅶ2恼2E、G为弹性模量和剪切模量：Yo和z。分别为剪切中心的Y坐标和z坐标；口、埘分别为，，和z方向的横向位移；口为扭转角；A为横截面积；Iy、，。分别为Y和彳轴的惯性矩；．，k为扭转常数；L为翘曲惯性矩；卢为剪切变形系数，对于开口结构p：1；￡为单元长度；P为轴向力

7、。单元节点位移向量和单元节点力向量分别用{d}和{F}表示。f⋯1沁}。⋯。’⋯=h以％铅]7{∞}=[∞；钆嘶如]7{臼}=[如以锡％]’式中，瓦，瓦为扭转翘曲位移函数，与其对应的力素为翘曲双力矩Bi、马。瓦：《+参几+器2GL∥21—3E—Ip设位移函数为：其中[肌]，[虬]，[％]为形函数。单元的应变能表示为：其中[K。]为单元的弹性刚度矩阵。其中：口=[肌]{t，}1∞：[虬]{∞}}口：[％]{口}Ju=iI⋯T[K删[置。]=[％]‰]=』驰[嘭]T[Mm(4)(5)(6)(7)(8)万方数据第32卷第4期孙学先等·预应力混

8、凝土曲线连续刚构桥梁悬灌施工线型控制方法。53‘[日笠]=I巩[形]7[形]dx乇[比]：钒．r1[啊]T[形]d菇+譬，[聪]7[睇]d菇+半f[形]T[形]d菇外力势能可表示为：y=．⋯7{F}一告{艿