50mT梁的施工控制及技术措施 吴连雄 蒋家茂 高九亭 黄伟平 张有光 (广东省长大公路工程有限公司 广州 511430)
摘要:虎门大桥中引桥上部构造为50mT梁简支连续结构体系,针对张拉施工中出现的横向旁弯以及起吊安装中梁体侧倾现象,进行了分析。通过采取改变吊点位置,严格预制张拉工艺,加宽加厚T梁翼板,翼板边加钢筋等技术措施,有效地达到施工控制的目的。
关键词:虎门大桥中引桥 50mT梁 施工控制
1 概述 虎门大桥中引桥是连接主航道桥888m悬索桥和辅航道桥270m连续刚构的连接部分。全长700.2m,共分两联:第一联为7×50m;第二联为6×50m+50.2m。中引桥上部构造的结构形式为50mT梁简支连续刚构体系。即50mT梁先简支,后墩梁固结,形成刚构。50mT梁先在桥面预制后采用双导梁穿巷式架桥机吊装施工。虎门大桥中引桥处于珠江出海口,属台风区,中引桥墩身平均高度60m左右,50mT梁安装施工是重点和难点。 中引桥50mT梁构造尺寸为:端头厚50cm、梁高252cm,腹板厚20cm,翼板宽150cm,翼板根部厚12cm、端部厚8cm(图1),T梁在预制阶段设三道横隔梁。在实际施工中,曾出现两种现象:①在张拉施工中,出现明显的横向旁弯,小则3~5cm,多则7~9cm。②在起吊安装过程中,出现梁体侧倾现象。
2 技术分析 为保证50mT梁的吊装安全,我们首先进行了技术分析。
2.1 50mT梁的受力分析和侧向屈曲现象 从50mT梁在有旁弯(μ)及梁体倾斜(θ)的梁体平衡的受力情况(图1)下可以看出这种情况与细长梁在空间上发生侧向屈曲的情况极为相似。即梁在侧向刚度相对于平面内竖向刚度比较小、同时又无侧向支承的情况下,当荷载达到一定的临界值(大大低于梁的平面内承载力),就可能出现空间弯扭变形的平衡分支,此时,原来仅在一个平面内弯曲的梁向侧向弯曲并扭转。 经验算,50mT 梁绕弱轴(y-y 轴)方向惯性矩Iy= 3 383 333cm4,绕强轴(x-x 轴)方向惯性矩Ix=45 650 185cm4,即平面内竖向刚度与侧向刚度之比EIx∶EIy=13.5∶1。由此可见,50mT梁的侧向刚度相对比较小,在预制安装施工阶段由于又无侧向支承,故象这种典型的细长梁极易发生侧向屈曲(侧倾)。临界弯矩公式: Me=π/L(EIyGKT){+πγm/2} 式中:L—梁的计算长度 ; EIY—梁的横向刚度 ; GKT—梁的扭转刚度 ; EIw—翘曲刚度 ;γm—βx/L(EIyGKT);βx—单轴对称截面参数。
图2 50mT梁在有旁弯μ、倾斜角θ
情况下的受力模式
当T梁出现这种类似侧向屈曲情况时,其一边的翼缘端部必然产生最大拉应力σmax,当σmax≥时,T梁翼缘出现裂缝。当裂缝大于容许值时,T梁的竖向刚度EIx、侧向刚度EIy也随之急剧减少,造成T梁破坏。 50mT梁在施工期间受自重及预加应力作用所产生的最大合弯矩Msmax=11 288kN·m。 经过验算,50mT梁发生侧向屈曲的临界弯矩Me=31 500kN·m可见,当T梁在理想受力状态下(μ=0,θ=0),T梁由自重及预加应力作用所产生的弯矩Ms不足以使T梁发生侧向屈曲;但当μ≠0、θ≠0时,就相当于发生了侧向屈曲。
3 施工控制及技术措施 从以上分析可知,50mT梁的稳定性主要与旁弯μ、倾斜角度θ及临界弯矩Me有关。所以我们从控制这三个方面着手,采取措施。
3.1 改变吊点位置,控制倾斜角度θ 50mT梁吊装原先是采用钢吊带兜底穿销起吊,由于钢吊带相对于T梁的刚度来说很小,属半刚性吊具,所以很难在T梁受到意外横向力时保证T梁保持垂直起吊(即控制不了θ值的发展)。为改善吊装过程中T梁的稳定性,我们在T梁端头部位重心以上的位置预留孔位,并将钢吊带减短,再穿销起吊。
3.2 严格预制张拉施工工艺,控制旁弯值μ 由于T梁端头尺寸较小,故在预应力管道布置设计时,马蹄部分的预应力管道向梁端渐变时,出现平弯及竖弯,平弯及竖弯布置角度差异是张拉施工时出现横向旁弯的原因之一。同时,张拉时混凝土的非弹性变形,也是旁弯产生的重要因素,特别是当混凝土强度不足时。 针对这种情况,我们从T梁的钢筋安装,混凝土施工以及张拉施工等几个方面着手,即在钢筋预应力束安装时由于原设计的管束平、竖弯布置,我们根据实际施工情况,作了预应力钢筋平面位置的调整,并在安装预应力钢筋时严格定位;在砼施工时,严格控制下料及塌落度,以保证砼的强度,同时,一定要在砼强度达到80%时才准许张拉,严格控制旁弯值。
3.3 T梁翼板加宽、加厚及翼缘边加钢筋 根据临界弯矩公式可知,影响T梁抵抗弯矩是与(EIyGKT)成正比。那么增大Iy及KT能大大改善T梁的抵抗弯矩。所以对翼板加宽加厚。同时在T梁翼缘端配216mm螺纹钢筋,以抵抗翼缘端的拉应力。 通过上述加固改善措施后,T梁的安全稳定性能有了很大提高。特别是对T梁的翼缘进行加宽加厚后,旁弯值也得到了有效改善,最大值不超过3cm。经试吊比较后,情况有了明显变化,原来T梁起吊后,梁体常会出现急剧抖动的现象,并在沿梁体纵向伴有"S"形的波动。经加固后,不再有这种情况出现。 实践证明,上述措施是切实可行的,达到了预期效果。经过努力,最终顺利、安全地完成了中引桥50mT梁的吊装任务。
参考文献
1 W.F.Chen(陈惠发) T.Atsuta.梁柱分析与设计.北京:人民交通出版社,1997 2 李国豪.桥梁结构稳定与振动.北京:中国铁道出版社,1996 ………………(收稿日期:1998-12-15)
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冠区域布置的环向预应力钢束,因结构尺寸限制,钢束的弯曲曲率半径较小,预应力损失较大,且施工较困难。采用预应力粗钢筋,预应力损失较小,可以更好发挥预应力效应,且张拉吨位较小,便于施工,锚下集中应力也比环向预应力钢束小。 (2)本计算模型由于未考虑斜拉索套筒索孔对断面的削弱,未能完全反映结构的实际情况,拟在施工图设计时采用8节点块体单元,将索孔对断面的影响加以考虑,以使计算能与实际更好地吻合。在我院番禺大桥斜拉桥塔冠的设计中,也是采用本文同样的计算方法。后来在番禺大桥施工时进行了塔冠区的足尺模型试验,发现计算结果与试验结果较吻合。故采用二维实体元进行计算,也能确保结构的安全使用。 (3)本计算模型的网格节点和单元生成以及模型数据检查,全部采用SAP91图形界面的前处理程序完成,从而避免了以往分析需要由人工填写大量数据而容易出错的缺点;此外,由于采用图形界面输入,可以建造出规模庞大、结构复杂的计算模型,从而比较真实可靠地模拟实际结构。利用SAP91图形界面的后处理程序,可以很快知道计算结果,避免查阅大量的输出数据文件,根据输出图形可很快地调整预应力布置,加快计算速度。
参考文献
1 方世乐.番禺大桥塔冠环向预应力束设计.广东省桥梁工程学术会议论文集.1998.4 2 林元培.斜拉桥.北京:人民交通出版社,1994.4 ………………(收搞日期:1999-03-11)