施工顺序对V构应力的影响

摘要：根据不同的施工顺序，使用midas建立纵向计算模型，分别提取施工阶段及成桥后荷载单项对V构应力的数值，并分析比较其差别，为选择较为合理的施工顺序提供依据。

关键词：施工顺序，V构

中图分类号：TU74文献标识码： A

1工程概况

某桥采用变高预应力混凝土V构连续梁桥，因通航要求及景观的需要，跨径布置为27+32+42.5+50+42.5+32+27m=253m，从结构受力上，该跨径布置不是最优布置。桥梁横向为双幅布置，两幅之间间距为1.5m，左幅：4.0m（人行道）+7.0m（非机动车道）+11.5m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）=23m，右幅与右幅对称。主梁及V构采用C50混凝土。梁高为1.7m（跨中）~2.5m（根部），V构处梁高为2.0m，梁高采用二次抛物线变化。主梁采用单箱四室箱梁截面，顶板宽23m，厚0.25~0.45m；底板宽1.75m，厚0.25~0.6m，采用二次抛物线变化；腹板厚0.5~0.8m；翼缘悬挑1.75m，端部厚0.2m，根部厚0.5m。V构横桥向同箱梁底板宽，开口角度为78°，壁厚为0.9m。箱梁纵向为A类预应力混凝土构件，V构为普通钢筋混凝土构件。

国内已建成的V构桥较多，多为V型墩连续刚构桥，采用三跨布置，悬臂挂篮浇筑施工。该桥的主要特点是多跨V构，且V构与下部桥墩采用支座连接。该桥V构与主梁的局部尺寸如下图。

图 1 1 局部V构与主梁（单位：cm）

2主要问题

因V构使桥梁的计算跨径减小，中墩负弯矩减小，从而可以降低主梁的建筑高度，但使得V构的设计及施工成为结构中的重点与难点。该桥在方案设计阶段采用的是V型墩连续刚构桥，但该方案存在着联长较长、桥墩较多且墩高较矮等不利因素，因而下部刚度大，对温度、收缩徐变等非常敏感。在温度荷载作用下，墩底产生很大的内力，不能满足运营期间的安全要求。在多次调整V构开口角度、桥墩厚度等构造后，均不能得到满意的结果。基于结构受力的需要，将该桥梁调整为支座的约束边界条件。

该桥主要采用支架现浇的施工方式，但调整之后的主梁结构仍然存在V构在拉应力较大的情况。V构虽为普通钢筋混凝土构件，较大的拉应力会使V构产生较大的裂缝，影响结构的安全及耐久性。对V构的开口角度及壁厚进行多次调整计算，未能得到满意的结果，且因V构尺寸较小，不可能使用竖向预应力对V构的应力进行调整。其他构造因素对V构内力的影响已有多人进行研究，在此不再赘述。

3有限元模型

基于各方面的条件约束，本文主要研究不同的施工顺序对该桥V构应力的影响。

3.1结构离散

使用midas 8.05版对该桥单幅主梁及V构建立有限元模型，箱梁及V构均采用梁单元，V构与主梁使用“弹性―刚性”的边界约束，对V构的交点约束不同的自由度来模拟V构底的单、双向支座及固定支座。模型共建立261个节点，240个梁单元。结构离散如下图。

图 3 1 结构离散

3.2荷载

混凝土容重取26KN/m3，沥青混凝土容重取24KN/m3，钢材容重78.5KN/m3。二期恒载主要以线荷载方式施加在有限元模型上。活载为城-A级，单幅箱梁单向3车道，7.0m宽非机动车道按2个机动车道荷载计算。人群荷载取4.0KN/m2。

整体升温为25℃，整体降温为-25℃。根据桥面沥青混凝土铺装厚度，温升梯度：15.2℃～5.74℃～0℃，温降梯度：-7.6℃～-2.87℃～0℃。桥台沉降0.5cm，桥墩沉降1.0cm，各墩台最不利沉降由程序自由组合。

3.3施工阶段划分

施工顺序主要体现有限元的施工步骤中，该桥主要使用支架现浇施工，根据该桥的特点，主要拟定以下施工顺序。

施工顺序1：主梁及V构支架现浇，一次完成主梁浇筑及预应力张拉，然后拆支架，施工二期，桥梁收缩徐变10年。

施工顺序2：主梁及V构支架现浇，分段浇筑主梁及V构，并张拉该段箱梁预应力。完成全部预应力张拉后拆除支架，施工二期，桥梁收缩徐变10年。

施工顺序3：主梁及V构支架现浇，分段浇筑主梁，并张拉该段箱梁预应力。完成全部预应力张拉后施工V构，拆除支架，施工二期，桥梁收缩徐变10年。

以上施工顺序1、2较为常用，施工顺序3中主要采用了由上至下的施工顺序。施工顺序2、3中分段张拉的预应力使用连接器连接。

4结果提取及分析

从三种施工顺序的有限元模型中提取不同施工步骤及荷载单项的V构应力数值，并从应力的变化进行分析，以期得到较为合理的施工顺序。因桥梁结构纵桥向对称，仅提取前三个墩处V构相关应力结果（表中应力拉正压负）。

表 4 1 施工顺序1 V构应力（单位：MPa）

位置 施工阶段 成桥 恒载 预应力 整体升温 温升梯度 收缩徐变 标准组合

P1墩V构 -12.6~6.3 -3.0~-1.4 -3.5~-1.3 -0.1~-1.5 0.1~0.8 0.1~0.4 -1.0~0 -5.9~2.4

P2墩V构 -7.0~1.0 -2.0~-1.3 -4.2~-1.4 0.2~3.3 0.0~0.5 -0.1 -0.5~0 -5.0~1.7

P3墩V构 -4.3~2.3 -2.6~-1.8 -8.6~-2.1 0.3~6.9 0.0~0.4 0.0~0.1 -0.4~0 -5.5~1.3

表 4 2 施工顺序2 V构应力（单位：MPa）

位置 施工阶段 成桥 恒载 预应力 整体升温 温升梯度 收缩徐变 标准组合

P1墩V构 -11.6~5.5 -3.0~-1.4 -3.5~-1.3 -0.1~-1.5 0.1~0.8 0.1~0.4 -1.0~0 -5.8~2.3

P2墩V构 -2.6~1.7 -2.1~-1.3 -4.1~-1.4 0.2~3.5 0.0~0.5 -0.1 -0.6~0 -5.1~1.8

P3墩V构 -5.7~2.7 -2.5~-1.8 -8.6~-2.1 0.3~6.9 0.0~0.4 0.0~0.1 -0.4~0 -5.5~1.3

表 4 3 施工顺序3 V构应力（单位：MPa）

位置 施工阶段 成桥 恒载 预应力 整体升温 温升梯度 收缩徐变 标准组合

P1墩V构 -1.1~0.6 -1.7~-1.3 -3.5~-1.3 0.2~-4.4 0.1~0.8 0.1~0.4 -2.4~-1.2 -4.6~2.1

P2墩V构 0.1~0.4 -2.0~-1.3 -4.2~-1.4 0.3~5.8 0.0~0.5 -0.1 -2.1~-0.1 -4.4~2.3

P3墩V构 0.1~0.2 -2.7~-1.8 -8.6~-2.1 0.6~9.9 0.0~0.3 0.0~0.1 -2.1~-0.2 -5.0~1.7

（1）由表4-1及表4-2可看出，V构与箱梁同时施工仅施工过程中V构应力有差异，恒载、预应力、成桥后整体温度、温度梯度及收缩徐变对V构的应力影响均相同。考虑该桥联长较长，施工顺序2优于施工顺序1。

（2）施工顺序2及施工顺序3均采用分段浇筑，由表4-1及表4-2可看出，施工过程中V构应力有较大差异，预应力及收缩徐变对V构应力影响的差异较大，成桥后整体温度、温度梯度对V构的应力影响均相同。

（3）三个施工顺序主要是预应力张拉与V构施工的相对顺序不同，由以上三个表格比较可知，恒载及成桥后整体温度、温度梯度对V构的应力影响均相同，预应力及收缩徐变对V构应力影响的差异较大。

该桥V构与主梁构成一个闭合框架，V构构造尺寸较小，刚度较大，若V构在预应力张拉前施工，预应力的张拉将间接作用于V构，使V构产生较大的内力，施工过程中V构将会开裂，且影响预应力对主梁的作用效率。若V构在预应力张拉后施工，则不会产生上述问题，但会增大预应力及收缩徐变对V构的不利影响。三种施工顺序在成桥标准组合作用下，V构拉应力均小于C50混凝土抗拉强度标准值2.65MPa，综合考虑，选择施工顺序3的施工方法。

参考文献：

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[2]苏伟清.大跨度铁路V形刚构桥梁施工质量控制探讨.铁道建筑

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