50mT梁的施工控制及技術措施 吳連雄 蔣家茂 高九亭 黃偉平 張有光 (廣東省長大公路工程有限公司 廣州 511430)
摘要:虎門大橋中引橋上部構造為50mT梁簡支連續(xù)結構體系,針對張拉施工中出現的橫向旁彎以及起吊安裝中梁體側傾現象,進行了分析。通過采取改變吊點位置,嚴格預制張拉工藝,加寬加厚T梁翼板,翼板邊加鋼筋等技術措施,有效地達到施工控制的目的。
關鍵詞:虎門大橋中引橋 50mT梁 施工控制
1 概述 虎門大橋中引橋是連接主航道橋888m懸索橋和輔航道橋270m連續(xù)剛構的連接部分。全長700.2m,共分兩聯:第一聯為7×50m;第二聯為6×50m+50.2m。中引橋上部構造的結構形式為50mT梁簡支連續(xù)剛構體系。即50mT梁先簡支,后墩梁固結,形成剛構。50mT梁先在橋面預制后采用雙導梁穿巷式架橋機吊裝施工。虎門大橋中引橋處于珠江出�？�,屬臺風區(qū),中引橋墩身平均高度60m左右,50mT梁安裝施工是重點和難點�！ ≈幸龢�50mT梁構造尺寸為:端頭厚50cm、梁高252cm,腹板厚20cm,翼板寬150cm,翼板根部厚12cm、端部厚8cm(圖1),T梁在預制階段設三道橫隔梁。在實際施工中,曾出現兩種現象:①在張拉施工中,出現明顯的橫向旁彎,小則3~5cm,多則7~9cm。②在起吊安裝過程中,出現梁體側傾現象。
2 技術分析 為保證50mT梁的吊裝安全,我們首先進行了技術分析。
2.1 50mT梁的受力分析和側向屈曲現象 從50mT梁在有旁彎(μ)及梁體傾斜(θ)的梁體平衡的受力情況(圖1)下可以看出這種情況與細長梁在空間上發(fā)生側向屈曲的情況極為相似。即梁在側向剛度相對于平面內豎向剛度比較小、同時又無側向支承的情況下,當荷載達到一定的臨界值(大大低于梁的平面內承載力),就可能出現空間彎扭變形的平衡分支,此時,原來僅在一個平面內彎曲的梁向側向彎曲并扭轉�！ 〗涷炈�,50mT 梁繞弱軸(y-y 軸)方向慣性矩Iy= 3 383 333cm4,繞強軸(x-x 軸)方向慣性矩Ix=45 650 185cm4,即平面內豎向剛度與側向剛度之比EIx∶EIy=13.5∶1。由此可見,50mT梁的側向剛度相對比較小,在預制安裝施工階段由于又無側向支承,故象這種典型的細長梁極易發(fā)生側向屈曲(側傾)。臨界彎矩公式: Me=π/L(EIyGKT){+πγm/2} 式中:L—梁的計算長度 ; EIY—梁的橫向剛度 ; GKT—梁的扭轉剛度 ; EIw—翹曲剛度 ;γm—βx/L(EIyGKT);βx—單軸對稱截面參數。
圖2 50mT梁在有旁彎μ、傾斜角θ
情況下的受力模式
當T梁出現這種類似側向屈曲情況時,其一邊的翼緣端部必然產生最大拉應力σmax,當σmax≥時,T梁翼緣出現裂縫。當裂縫大于容許值時,T梁的豎向剛度EIx、側向剛度EIy也隨之急劇減少,造成T梁破壞�！ �50mT梁在施工期間受自重及預加應力作用所產生的最大合彎矩Msmax=11 288kN·m�！ 〗涍^驗算,50mT梁發(fā)生側向屈曲的臨界彎矩Me=31 500kN·m可見,當T梁在理想受力狀態(tài)下(μ=0,θ=0),T梁由自重及預加應力作用所產生的彎矩Ms不足以使T梁發(fā)生側向屈曲;但當μ≠0、θ≠0時,就相當于發(fā)生了側向屈曲。
3 施工控制及技術措施 從以上分析可知,50mT梁的穩(wěn)定性主要與旁彎μ、傾斜角度θ及臨界彎矩Me有關。所以我們從控制這三個方面著手,采取措施。
3.1 改變吊點位置,控制傾斜角度θ 50mT梁吊裝原先是采用鋼吊帶兜底穿銷起吊,由于鋼吊帶相對于T梁的剛度來說很小,屬半剛性吊具,所以很難在T梁受到意外橫向力時保證T梁保持垂直起吊(即控制不了θ值的發(fā)展)。為改善吊裝過程中T梁的穩(wěn)定性,我們在T梁端頭部位重心以上的位置預留孔位,并將鋼吊帶減短,再穿銷起吊。
3.2 嚴格預制張拉施工工藝,控制旁彎值μ 由于T梁端頭尺寸較小,故在預應力管道布置設計時,馬蹄部分的預應力管道向梁端漸變時,出現平彎及豎彎,平彎及豎彎布置角度差異是張拉施工時出現橫向旁彎的原因之一。同時,張拉時混凝土的非彈性變形,也是旁彎產生的重要因素,特別是當混凝土強度不足時�！ ♂槍@種情況,我們從T梁的鋼筋安裝,混凝土施工以及張拉施工等幾個方面著手,即在鋼筋預應力束安裝時由于原設計的管束平、豎彎布置,我們根據實際施工情況,作了預應力鋼筋平面位置的調整,并在安裝預應力鋼筋時嚴格定位;在砼施工時,嚴格控制下料及塌落度,以保證砼的強度,同時,一定要在砼強度達到80%時才準許張拉,嚴格控制旁彎值。
3.3 T梁翼板加寬、加厚及翼緣邊加鋼筋 根據臨界彎矩公式可知,影響T梁抵抗彎矩是與(EIyGKT)成正比。那么增大Iy及KT能大大改善T梁的抵抗彎矩。所以對翼板加寬加厚。同時在T梁翼緣端配216mm螺紋鋼筋,以抵抗翼緣端的拉應力�！ ⊥ㄟ^上述加固改善措施后,T梁的安全穩(wěn)定性能有了很大提高。特別是對T梁的翼緣進行加寬加厚后,旁彎值也得到了有效改善,最大值不超過3cm。經試吊比較后,情況有了明顯變化,原來T梁起吊后,梁體常會出現急劇抖動的現象,并在沿梁體縱向伴有"S"形的波動。經加固后,不再有這種情況出現�！ 嵺`證明,上述措施是切實可行的,達到了預期效果。經過努力,最終順利、安全地完成了中引橋50mT梁的吊裝任務�！ �
參考文獻
1 W.F.Chen(陳惠發(fā)) T.Atsuta.梁柱分析與設計.北京:人民交通出版社,1997 2 李國豪.橋梁結構穩(wěn)定與振動.北京:中國鐵道出版社,1996 ………………(收稿日期:1998-12-15)
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冠區(qū)域布置的環(huán)向預應力鋼束,因結構尺寸限制,鋼束的彎曲曲率半徑較小,預應力損失較大,且施工較困難。采用預應力粗鋼筋,預應力損失較小,可以更好發(fā)揮預應力效應,且張拉噸位較小,便于施工,錨下集中應力也比環(huán)向預應力鋼束小。 (2)本計算模型由于未考慮斜拉索套筒索孔對斷面的削弱,未能完全反映結構的實際情況,擬在施工圖設計時采用8節(jié)點塊體單元,將索孔對斷面的影響加以考慮,以使計算能與實際更好地吻合。在我院番禺大橋斜拉橋塔冠的設計中,也是采用本文同樣的計算方法。后來在番禺大橋施工時進行了塔冠區(qū)的足尺模型試驗,發(fā)現計算結果與試驗結果較吻合。故采用二維實體元進行計算,也能確保結構的安全使用�！ �(3)本計算模型的網格節(jié)點和單元生成以及模型數據檢查,全部采用SAP91圖形界面的前處理程序完成,從而避免了以往分析需要由人工填寫大量數據而容易出錯的缺點;此外,由于采用圖形界面輸入,可以建造出規(guī)模龐大、結構復雜的計算模型,從而比較真實可靠地模擬實際結構。利用SAP91圖形界面的后處理程序,可以很快知道計算結果,避免查閱大量的輸出數據文件,根據輸出圖形可很快地調整預應力布置,加快計算速度�！ �
參考文獻
1 方世樂.番禺大橋塔冠環(huán)向預應力束設計.廣東省橋梁工程學術會議論文集.1998.4 2 林元培.斜拉橋.北京:人民交通出版社,1994.4 ………………(收搞日期:1999-03-11)
