六跨连续刚构组合梁桥合龙方案研究-论文.pdf

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第31卷第7期公路交通科技Vo1．31No．72014年7月JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentJu1．2014doi：10．3969／j．issn．1002—0268．2014．07．015六跨连续刚构组合梁桥合龙方案研究陈荣刚(福建省高速公路有限责任公司，福建福州350001)摘要：根据福州绕城高速公路闽江特大桥六跨连续刚构组合梁桥的结构特点，利用有限元软件MIDAS／civil建立了空间有限元模型进行施工仿真模拟。对不同合龙顺序合龙前后的应力增量和变形增量进行了分析比较，探讨该类型桥梁合龙顺序的一般规律。结果表明：不同体系转换次序对主梁应力和变形均存在不同程度的影响，但合龙段全部完成后再进行体系转换，主梁的应力增量和变形增量均较小；六跨连续梁连续刚构桥采取次边跨对称合龙一边跨对称合龙一中跨对称合龙一体系转换为最合理的合龙顺序。分析结果可以为该桥合龙施工决策提供理论依据，可以对类似桥梁合龙顺序的选择提供参考。关键词：桥梁工程；合龙顺序；仿真；六跨连续刚构组合梁桥；施工控制中图分类号：U448．235文献标识码：A文章编号：1002—0268(2014)07—0091—06StudyonClosureSchemeofSix—spanContinuousRigidFrameCompositeGirderBridgeCHENRong-gang(FujianProvincialExpresswayCo．，Ltd．，FuzhouFujian350001，China)Abstract：Accordingtothestructuralcharacteristicsof6一spancontinuousrigidframecompositegirderbridgeofMinRivergrandbridgeonFuzhouringexpressway，theFEmodelofthebridgeisestablishedbyusingFEsoftwareMIDAS／civiltosimulatetheconstructionprocess．Thestressanddeformationincrementsbeforeandafterclosurewithdifferentclosuresequencesarecomparativelyanalysed，andthegeneralregularitiesofclosuresequenceforsuchkindofbridgeareanalyzed．Theanalysisresultshowsthat(1)theimpactofdifferentsystemconversionordersonthemaingirderstressanddeformationaredifferent，butifsystemconversioniSconductedaftercompletionofallclosuresegments．thestressanddeformationincrementsofthemaingirderaresmall；(2)themostreasonableclosuresequencefor6-spancontinuousrigidframecompositegirderbridgeissecondarysidespansymmetricalclosure—}sidespansymmetricalclosure—middlespansymmetricalclosure-+systemconversion．Theanalysisresultprovidedatheorybasisforclosuredecision—makingofthestudiedbridge，whichcanbeareferencefortheclosuresequenceselectionofsuchkindofbridges．Keywords：bridgeengineering；closuresequence；simulation；6-spancontinuousrigidframecompositegirderbridge；constructioncontrol0引言续刚构桥的施工技术比较成熟，一般按对称悬臂浇注边跨合龙一中跨合龙体系转换的顺序进行施连续刚构组合桥是连续梁桥与连续刚构桥的结工，但对于多跨连续梁一连续刚构桥，合龙顺序存合体，兼顾了二者的诸多优点，如桥面连续、整体在多样化。多跨连续刚构桥常见的合龙顺序有：性好、增大联长又突破了矮墩的限制⋯。目前，连(1)多跨连续体系1次合龙，这样可使合龙段的荷收稿日期：2013—10—16作者简介：陈荣刚(1972一)，男，福建尤溪人，硕士，高级工程师．(576633800@qq．tom) 公路交通科技第31卷载同时均匀作用在最终结构上，且内力计算要简单得多，但施工控制难度大；(2)先将各静定T构小合龙，再按既定顺序对各超静定结构进行大合龙或大、小合龙方式综合采用，这样可以多点同时实施、互不干扰，且温度应力较小，施工容易。由于多跨连续梁一连续刚构桥的合龙顺序多样化，且其高次超静定、连续孔数多，最终成桥需经历复杂的850体系转换过程，有关多跨连续梁一连续刚构桥(a)主墩支座处断面的合龙顺序已有一些研究，但由于跨数、跨径、宽跨比、箱梁截面型式等因素的影响，工程应用中亦采用不同的合龙顺序。本文以福州绕城高速公路闽江特大桥的六跨刚构连续组合桥为工程背景，采用有限元软件MIDAS／Civil进行施工仿真模拟，研究该桥最合理的合龙顺序，为类似桥梁合龙顺序的选择提供参考。(b)跨中断向图2主梁标准断面图(单位：cm)1工程概况Fig．2Standardsectionofmaingirder(unit：cm)闽江特大桥位于福州市闽侯县竹岐乡和荆溪镇析计算，空间总体模型见图3。全桥共288个节点，之间的闽江上，全长1555111，其中主桥为(70+4×252个梁单元，其中主梁单元192个，主墩单元60110+70)m的预应力混凝土连续刚构组合梁桥，桥个。模型中在26、27、31、32墩顶设置滑动支宽2×16．5m，总体布置图见图1，并定义主桥各孔座，28、29、30墩顶与相应主梁梁底刚性连接，分别为边跨、次边跨和中跨。主桥27墩和31墩设预应力齿块和0块处横隔板以节点荷载计人，模型置GPZ盆式支座，28墩～30墩与主梁固结形成中不考虑横坡与纵坡的影响。考虑结构自重，预刚构。应力荷载和混凝土收缩徐变作用。计算简图见主桥箱梁为分幅式变截面单箱单室截面。中间图4支点处梁高6．5m，边跨直线段及各跨跨中处梁高2．8m，梁高变化段梁底曲线采用1．8次抛物线。箱梁横截面为单箱单室直腹板，箱梁顶板宽度为16．5m，底宽为8．5m，箱梁梁体2翼板悬臂长度为4m。图3主桥总体模型箱梁底板水平，通过两腹板的高差实现顶板单向横Fig．3Overallmodelofmainbridge坡，主梁标准断面图见图2。支座支座刚结刚结刚结支座支座竹岐扫58ooo峥荆澡’7oooI100011000110001100070001边跨次边跨中跨中跨次边跨工边跨’26#墩27#墩28墩29#墩30#墩31墩32#墩0边跨1次边跨l中跨l中跨1次边跨l边跨0③⑤③◎⑧⑧⑧图4计算简图--Fig．4Calculationdiagram。l!QQ。!!QQQ．QQQ．!!QQQ．!．!l。：2『厂—————]广———————__—T2．2合龙顺序划分一_闽江特大桥的合龙段有边跨合龙段、中跨合龙图1六跨刚构连续组合桥总体布置图(单位：cm)Fig．1Layoutof6-spancontinuousrigidframecomposite段、次边跨合龙段，同时还要经过复杂的体系转换girderbridge(unit：cm)过程。考虑该桥的施工条件，根据中跨合龙的先后●顺序，将合龙方案分为6种，列于表1。限于篇幅，2有限元模型和合龙顺序研究本文采取以下方式进行讨论：分析比较这6种合龙2．1有限元模型方案，确定最合理的方案，再对最合理方案的体系采用桥梁专业软件MIDAS／Civil对结构进行分转换次序进行讨论。 第7期陈荣刚：六跨连续刚构组合梁桥合龙方案研究93表1各合龙方案的合龙顺序及简称此不同合龙顺序对主梁的主压应力影响并不显著。Tab．1Closuresequenceofeachclosureschemeandabbreviation曩图6各方案在合龙后的主压应力增量图Fig．6Principalcompressivestressincrementin2．3合龙前的初始状态eachschemeafterclosure不同的合龙顺序对成桥累计变形和内力的影响表2各方案合龙后的各跨应力增量最大值(单位：MPa)不同。为了得到合龙前后的主压应力增量和变形增Tab．2Maximumstressincrementofeachspanin量，此处定义桥梁在进行各跨合龙前的状态为合龙前eachschemeafterclosure(unit：MPa)的初始状态。图5给出了合龙前的主压应力图和累计变形图。2。日．2奏．-4通-8．1。—1205O1O0l502002503003504004505005503．2变形纵桥向坐标／rn依据《公路桥涵施工技术规范》(JTGTF50—(a)合龙前的压应力62011)12]，合龙段两端高差的控制精度应在2cm以g内。图7为各种合龙方案下合龙前后的主梁变形增2圆圆圆圆量，各合龙段两端的变形增量差值汇总于表3。由图蠢。．厂_、．．八．i。，_、．i．厂-、．1．．一z7可知，不同的合龙顺序对合龙前后的主梁变形增量团圆圆圆圆一4有较大的影响，方案1和方案3的合龙端两端的变o5Ol0O1502002503oo350400450500550纵桥向坐标／m形增量差值达2cm以上，这无疑增加了施工线形控(b)合龙前的累计变形制的难度。以下从施工经济简便和施工线形控制等图5合龙前的主压应力图和累计变形图方面来讨论各合龙方案。Fig．5Principalcompressivestressandcumulative表3不同合龙顺序下合龙段两端变形增量差值(单位icm)deformationbeforeclosureTab．3Deformationincrementdifferencesbetweentwoends3合龙顺序研究ofclosuresegmentindiferentclosuresequences(unit：cm)方案边跨合龙段次边跨合龙段中跨合龙段3．1应力1O．10．22O．50．2不同的施工合龙顺序下桥梁的应力不同。通过3O．10．2MIDAS计算得到各合龙段全部浇注并张拉预应力后41．30．4的应力，并根据合龙前的初始状态，最终得到各方案5O．00．56O．4O．5在合龙前后的主压应力增量，见图6，各跨应力增量最大值见表2(由于结构变形对称，故仅列出一半应力增(1)对于方案1和方案2，中跨均最先合龙。可量最大值)。以看出，与方案1相比，方案2采取中跨合龙后先从图6和表2可以看出，各合龙方案的主压应力进行次边跨合龙可有效减少次边跨两侧合龙段的两曲线的最值点沿纵桥向位置棚近且相差甚小，经比较端变形增量差值，但边跨直线段一旦施工完成，该在各跨应力最值点的位置最大相差仅为0．76MPa，因线形不易通过压重来调整，方案2采取边跨最后合 公路交通科技第31卷66要4量4蓑z2蠢。蠢。匠．2·z．d_405010015O200250300350400450500550050100150200250300350400450500550纵桥向坐标／m纵桥向坐标／m(a)方案1(中边次)fb)方案2(中次边)66鲁要4蓑z2蠢。蠢。。。zz．4．405Ol0015020025030035040045050055O05010015O200250300350400450500550纵桥向坐标／m纵桥向坐标／mfc)方案3(边中次)fd1方案4(次中边)66吕要42制2蠢。蠢。-2。z．4．405010015020025030035040045050055005O100150200250300350400450500550纵桥向坐标，m纵桥向坐标／m0(e)方案5(边次中)(f)方案6(次边中)图7各方案合龙后的变形增量图Fig．7Deformationincrementofeachschemeafterclosure龙不利于边跨线形的控制。见图8、图9。表4合龙方案6的体系转换次序划分及简称(2)对于方案3和方案4，中跨合龙顺序排在第Tab．4Systemconversionsequencedivisionand二。可以看出，与方案1相比，方案4采取次边跨abbreviationofclosurescheme6最先合龙可有效减少次边跨两侧的合龙段两端变形增量差值，但边跨最后合龙不利于边跨线形控制。(3)对于方案5和方案6，中跨最后合龙。可以看出，方案6优于方案5，方案6采取次边跨最先合龙减少了次边跨两侧的合龙段两端变形增量差值，其次进行边跨合龙，最后进行中跨合龙，此时中跨和边跨两侧的合龙段两端变形增量差值仅为0．5cm。因此，方案6不仅有利于边跨线形的控制，而一次序1(边中次体)一次序2(边体中次)一次序3(边中体次)且在中跨合龙前，主桥的连续长度较小，超静定次数较低，温度对桥梁线形影响也较小，这也与连续刚构桥的一般施工顺序相符。3．3体系转换次序研究通过对各方案的比较可知，合龙方案6(次边跨圆圆圆V匝5OlO015O200250300350400450500550对称合龙一边跨对称合龙一中跨对称合龙)为最合纵桥向坐标／m理合龙方案。现对方案6的体系转换次序进行研究。图8不同体系转换次序的主压应力增量图表4列出了方案6的体系转换次序划分及简称，此Fig．8Principalcompressivestressincrementsin处命名为次序1、次序2、次序3。以各跨合龙前的diferentsystemconversionsequences状态为初始状态，各跨合龙后且体系转换后为最终从图8和表5可以看出，次序1与次序3的应力状态，得到这2种状态的主压应力增量和变形增量，增量差别不大，而次序2的次边跨应力增量最大值 第7期陈荣刚：六跨连续刚构组合梁桥合龙方案研究4结论g12蠢8(1)不同合龙顺序对6跨连续梁连续刚构桥的0主梁应力影响较小。-4(2)对于6跨连续梁连续刚构桥，次边跨先于墙．12边跨合龙有利于桥梁线形的控制。0501OO15O200250300350400450500550(3)不同体系转换次序对主梁应力和变形均存纵桥向坐标／m在不同程度的影响，但合龙段全部完成后再进行体图9不同体系转换次序的变形增量图系转换，主梁的应力增量和变形增量均较小。Fig．9Deformationincrementsofdiferentsystem(4)分析结果表明，六跨连续梁连续刚构桥采conversionsequences取次边跨对称合龙一边跨对称合龙一中跨对称合龙较次序1、次序3大2．6MPa，可见不同体系转换次一体系转换为最合理的合龙顺序。序对主梁的应力有影响，表现在进行体系转换时的参考文献：结构超静定次数越低，主梁应力变化越明显。References：表5不同体系转换次序的应力增量最大值(单位：MPa)Tab．5Maximumstressincrementsofdiferentsystem[1]曹淑上，江建斌，张永水，等．少联大跨径连续一刚conversionsequences(unit：MPa)构组合桥的受力分析及合龙顺序探讨[J]．现代交通技术，2006，3(6)：34—37．CAOShu—shang，JIANGJian-bin，ZHANGYong—shui，eta1．AnalysisonMechanicalPropertyandClosureOrderofLongSpanContinuousRindFrameCompoundingBridge[J]．ModernTransportationTechnology，2006，3(6)：从图9和表6可以看出，不同体系转换次序对34—37．主梁的变形影响较大，次序1的体系转换次序最为[2]焦庆．多跨连续刚构桥的合龙技术研究[J]．现代交合理，次序2的合龙段两端变形增量差值最大，边通技术，2008，5(6)：32—35．跨合龙段两端的变形增量差值达12．2cm，这对施工JIAOQing．ResearchonClosureTechniqueofMulti—span线形监控很不利，由此可见进行体系转换时的结构PCContinualRigidFrameBridge[J]．Modern超静定次数越低，主梁变形越明显。TransportationTechnology，2008，5(6)：32—35．[3]陈列，徐公望．高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合3．4最合理合龙方案选择龙顺序选择[J]．桥梁建设，2OO5(1)：33—35，51．综上分析可以得知，采取次边跨对称合龙一边CHENLie，XUGong—wang．SelectionofStructuralTypes跨对称合龙一中跨对称合龙一一÷体系转换为最合理合andClosureSequencesforLong-·spanandHigh·-risePierPC龙方案，该方案采取单个T构先小合龙成Ⅱ构，最Bridge[J]．BridgeConstruction，2005(1)：33—35，51．后T构与n构之间大合龙，此合龙过程主桥的连续[4]蔡素军，张谢东，石明强，等．连续梁桥不同合龙方长度较小，超静定次数较低，温度对桥梁线形影响案对施工控制的影响[J]．交通科技，2007(5)：也较小。待各合龙段全部施工完成后，再进行体系18—21．转换，主梁的应力增量和变形增量也较小。该方案CAISu~un，ZHANGXie-dong，SHIMing—qiang，eta1．InfluenceoftheDiferentGirderJointSchemeofContinuous的各合龙段两端变形增量相差在0．5cm以内，这对GirderBridgeonConstructionControl[J]．Transport~ion于施工中的线形控制十分有利。Science＆Technology，2007(5)：18—21．表6不同体系转换次序下合龙段两端变形增量差值(单位：an)[5]干学军，陈刚毅，魏霞，等．大跨径多跨连续梁桥设Tab．6Deformationincrementdiferencesbetweentwo计技术要点分析[J]．建材世界，2011，32(4)：endsofclosuresegmentindiferentsystemconversion100—103．sequences(unit：cm)GANXue-jun，CHENGang-yi，WEIXia，eta1．AnalysisofTechnicalPointsofLongandMulti—spanContinuousGirderBridges[J]．TheWorldofBuildingMaterials，2011，32(4)：100—103．[6]姚国文，宋文锋，周志祥，等．多跨连续刚构桥水平 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