高温差对悬臂施工预应力混凝土连续梁成桥变形及应力影响研究

2015-01-09杨博

城市道桥与防洪 2015年2期

杨博

(中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北十堰442000)

0 引言

国内外的桥梁施工和使用过程中，常发现有一些裂缝，造成极大的危害，受到国内外桥梁专家和研究工作者的重视。理论分析和实验证明，在大跨度预应力混凝土箱型梁桥中，特别是超静定结构体系连续梁中，温度应力可以达到甚至超过活载应力，已被认为是预应力混凝土桥梁产生裂缝的主要原因。在德国，Jagst厚腹板箱梁桥通车第五年发现了严重裂缝，估算温度应力高达2.6 MPa。由温度引起损伤的预应力桥梁中，有两座桥几乎倒塌。新西兰一座位于高速公路上Auckland的预应力混凝土箱型高架桥因温差导致严重开裂。美国Champigny箱形梁桥日照温差拉应力高达3.92 MPa。湖北光化大桥箱梁顶板底面有明显的纵向裂缝(1984年发现)，其顶板温度拉应力高达2.6 MPa。我国铁路上的通惠河连续箱型桥和九江大桥简支梁桥也因温度差产生严重开裂现象。温度应力是混凝土箱梁发生裂缝的主要原因。

桥梁施工中的温度场分布及其所引起的挠度和应力效应，以及在此基础上的施工温度控制引起国内外桥梁专家和研究工作者的重视。在这个方面，各国桥梁设计标准中温度荷载都制定了相应的规范，各国规范对温度场的分布规律均有规定，且各不相同。即使在我国，铁路桥规与公路桥规的规范条文也相距甚远。但是，不同的温度场规定对箱梁的温度应力和挠度计算的影响都是巨大的。使用不同的温度梯度模式进行计算得到的梁内温度应力相差非常大，甚至可能出现异号应力，如果温度场分布的梯度模式不对，即使增大温度设计值，也不能保证结构不产生裂缝。

因此，有必要根据我国的地理环境，气候条件等外部环境及桥梁的位置和走向、太阳的辐射、当地的风速、日和年的空气温度变化幅度等参数，以及桥梁的横截面几何参数，通过实验和理论等研究工作，得到合适于我国或某一地区的大跨度PC连续梁桥的温度场分布规律及其温度效应，可以用于指导设计，以及在此基础上对关键的施工工序进行适当的温度控制。本文以一座位于新疆高温差地区的四跨预应力混凝土连续梁桥为背景，分析了施工过程中悬臂结构在高温差地区日照温度荷载下的变形和应力响应。

1 工程概况

某铁路（40+2×64+40）m预应力混凝土连续梁，梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，现浇段处梁高3.10 m，梁底曲线为二次抛物线。箱梁顶宽11.46 m，底宽6.0 m，中支点处梁底加宽至7.0 m，单侧悬臂长2.73 m，悬臂端厚20 cm，悬臂根部厚65 cm。箱梁腹板厚50～80 cm，底板厚35～65 cm，梁中心顶板厚38 cm，顶板设90 cm×30 cm的梗肋。箱梁中支点设置厚150cm横隔墙，横隔墙设置（高）160 cm×（宽）150 cm的过人洞；边支点横隔墙厚110 cm，横隔墙设置（高）150 cm×（宽）140侧面的过人洞。距梁顶1.5 m处各梁段两侧腹板设置直径10 cm的通风孔，在中支点两侧及边跨端部附近箱梁底板设置直径16 cm的排水孔，在箱梁顶面悬臂处沿桥纵向每隔4.0 m左右设置直径12.5 cm的桥面排水孔。

2 主要建筑材料及施工过程

梁体采用C50混凝土，预应力采用纵向、横向及竖向三向预应力体系，连续梁梁体纵、横向预应力采用符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB 5224-2003）规定的钢绞线,锚固体系采用与之对应规格的群锚装置，张拉采用与之配套的机具设备，采用金属波纹管成孔。竖向预应力筋采用Φ32 mmPSB830预应力混凝土用高强精轧螺纹钢筋，抗拉强度标准值fpk＝830，锚下控制应力为705 MPa。锚具采用JLM锚具锚固，采用内径为Φ50 mm铁皮管成孔。普通钢筋采用符合现行国家标准的HPB235级、HRB335级钢筋（分别符合GB 1499.1-2008和GB 1499.2-2007标准）。支座采用高速铁路及客运专线桥梁球型支座产品系列。

该连续梁采用轻型挂篮分段悬臂浇注施工。先在主墩墩顶灌注临时支座，再在托架上灌注0#梁段，而后对称向两侧顺序灌注1#～7#梁段形成2个T构。然后，先合边跨，张拉边跨顶板和底板预应力束；合龙中跨，张拉所有剩余预应力束。