连续刚构跨中后期挠度影响因素分析
2017-08-21
1 概述
随着PC连续刚构桥在我国各地的广泛应用,有关该种桥型的病害报告也越来越多,腹板裂缝、竖向预应力筋崩脱、底板开裂、主梁后期下挠度普遍比设计值大等。特别是后期下挠值过大,使跨中主梁下凹,从而破坏桥面的铺装层,影响桥梁的使用寿命和行车舒适性,甚至危害高速行车时的安全,降低箱梁的持久承载力,如黄石长江大桥(162.5m+3×245m+162.5m)运营7年后其主梁跨中下挠累计已达30.5cm。所以跨中下挠成为当前制约大跨径连续刚构发展的一个亟等解决的问题.目前大部分研究都认为,PC连续刚构桥后期下挠过大主要原因是:1、设计上对混凝土徐变的影响程度及长期性估计不足;2、设计中对混凝土收缩徐变引起的预应力损失和预应力钢筋松弛引起的损失估计不足,而且这两者相互影响,随时间增大;3、腹板出现的裂缝使结构的截面受到消弱导致结构的刚度下降。[1-3]
本文以跨径布置为(133+255+133)m某连续刚构大桥为例,在理论上研究纵向预应力大小对大跨径预应力混凝土梁桥跨中挠度的影响。
2工程概况
该桥主桥上部结构为(133+255+133)m的预应力混凝土连续刚构桥,主梁采用单箱单室截面。箱顶板宽10.5米,底板宽6.5米。箱梁跨中及边跨现浇段高4.0米,箱梁根部断面高为16.0米。从中跨跨中至箱梁根部,梁高以半立方抛物线变化。从箱梁根部至跨中梁段腹板厚由75厘米、65厘米、55厘米组成,箱梁底板厚从根部截面的150厘米以2次抛物线变至跨中截面38厘米。其立面布置图如图1所示:
3计算分析
3.1 计算模型
采用midas6.71建立结构模型,模拟实际施工过程进行计算。全桥共182个单元,其中1~148为箱梁单元,148~182为桥墩单元.共划分为62个施工过程。计算中考虑的荷载因素有:梁段自重、预应力及其损失(预应力效应)、收缩、徐变、二期恒载、公路―Ⅱ级荷载。其成桥计算结构模型如图2所示:
3.2 纵向预应力大小对跨中挠度影响
为了研究纵向预应力大小对跨中短期挠度和长期挠度的影响,假设顶板预应力,腹板预应力和跨中底板预应力分别减小10%和20%,观察其减小对挠度的影响。预应力减小10%和20%的模拟方法是取张拉控制应力分别是原设计的0.9倍和0.8倍,即取张拉控制应力分别是0.9 × 0.75 × 1860Mpa=1255.5Mpa. 0.8× 0.75 × 1860Mpa=1116Mpa,跨中挠度计算结果如表1:
运营阶段纵向各预应力减小对跨中关键截面应力的影响如下表2:
根据表1的数据可见,顶板预应力和腹板预应力对成桥及成桥后期跨中挠度均有较大影响,其中顶板预应力的影响更明显,而底板预应力对成桥及成桥后期跨中挠度的影响不太明显。
根据表2的数据可见,顶板预应力大小对全桥的最小主压应力有较大影响,腹板预应力大小对全桥的最大主拉应力有较大影响,底板预应力大小对中跨跨中处的主拉应力有较大影响。
4总结
纵向有效预应力的降低对大跨PC连续刚构桥主梁跨中下挠产生较大影响;顶板和腹板的有效预应力失效是中跨下挠过大的主要因素,同时腹板预应力失效会造成主桥截面的主拉应力明显增大;而底板预应力的失效对跨中挠度的影响并不明显,但它的失效能导致跨中主拉应力急速增加。
