Y 型墩上盖梁无支架施工技术研究
摘 要 针对共和新路高架桥Y 型墩上盖梁无支架的施工特点,采用梁杆单元,对上盖梁施工过程的各工况进行了分步计算,并与现场测试结果进行比较,为上盖梁无支架施工设计提供依据。1 工程概况
上海市共和新路高架工程是由共和新路高架道路工程和地铁1 号线北延伸两个主体工程合二为一的综合交通工程。两条线路在彭江路与永和路之间以高架桥的形式相接,并形成上下两层形式的一体化高架交通结构。根据结构要求,一体化高架桥桥墩设计采用Y型结构。其中Y型墩上盖梁施工采用新型无支架施工工艺,在上海市属首次应用,且上盖梁模板及支承系统由国外设计,施工荷载完全由Y型墩立柱承受。由于Y型墩斜立柱有1∶3 的坡率,在施工过程中,如果施工组织不当,很容易导致Y 型墩根部施工弯矩超限而产生裂缝。本文按上盖梁施工步骤对Y 型墩受力变形进行了分步模拟计算,并与现场测试结果进行比较,为上盖梁无支架施工积累经验。
2 计算原理
2. 1 计算模型的简化
根据施工设计, Y 型墩上盖梁模板安装后,再采用分层浇筑法施工上盖梁混凝土。由于上盖梁模板自重和混凝土重量是通过千斤顶传到施工平台,再传给Y 型墩斜立柱,所以,上盖梁模板自重将作为集中荷载加到Y型墩上。为了控制上盖梁施工过程中Y型墩斜立柱根部施工弯矩、应力,采用4 根Φ15. 32 mm 钢绞线对拉。根据上述施工特点,将该问题简化为如图1 所示的计算模型。模型中,Y 型墩采用梁单元,预应力钢绞线采用带预加拉力杆单元,墩底采用固端约束;上盖梁模板自重和上盖梁分层浇筑的混凝土重力将作为集中荷载加到Y型墩上。
图1 Y型墩上盖梁计算简图
2. 2 计算理论
对于Y型墩上盖梁施工状态模拟计算,用梁柱单元模拟Y型墩各竖柱、斜立柱及中横梁,用杆单元模拟带预应力钢绞线。建立计算模型过程中, 首先是将各竖柱、斜立柱及中横梁划分为若干梁柱单元。每一个梁柱单元如图2 , 其单元结点位移列阵为: {δ}e = [δT δT ]T (1)
i,j
式中:{δi} = [ui vi φi] (i = i,j) 结点力列阵为:
{ F}e = [Fi,Fj (2) 式中:{ Fi} = [Xi Yi Mi]T (i = i,j) 单元刚度矩阵为:
A/ I 对 0 12/l2 称06/l 4
[ K]e = EA l -A/I 00 A/ I 0 -12/l2 -6/l 0 12/l2 06/l 20 -6/l 4 (3) 式中:E 为Y 型墩混凝土弹性模量;I 为梁柱单元截面惯性矩;A 为梁柱单元截面积;I 为梁柱单元长度。对于杆单元,其单元结点位移列阵为: {δ}e = [δT δT ]T (4) 式中:{δi} = [ui vi] (i = i,j) i,j TT 结点力列阵为:{ F}e = [FNi,FNj]T (5) 单元刚度矩阵为: 1 -1 [ K]e = EA l -1 1 (6) 式中:E 为拉杆或预应力拉杆弹性模量;A 为杆单元截面积;I 为杆单元长度。在求得梁单元刚度矩阵、杆单元刚度矩阵后, 通过坐标变换和刚度集成,可求得梁、杆组合结构总的刚度矩阵;再通过约束条件和结点荷载条件, 求得结点位移;进而求得各单元结点力和单元应力。
3 工况分析
为了减少上盖梁在施工过程中引起的斜立柱根部弯矩,上盖梁混凝土采用分层浇筑法。施工中共分7 层,加上模板安装、钢筋安装,共有9 种工况。每种情况下计算加载工况如下:
工况一,模板安装,R 左=R右= 25.0 t 工况二,钢筋安装,R 左=R右= 33.5 t 工况三,第一层混凝土浇筑,R 左=R右= 53.0 t 工况四,第二层混凝土浇筑,R 左=R右= 79.0 t 工况五,第三层混凝土浇筑,R 左=R右= 105.5 t 工况六,第四层混凝土浇筑,R 左=R右= 116.0 t 工况七,第五层混凝土浇筑,R 左=R右= 134.5 t 工况八,第六层混凝土浇筑,R 左=R右= 153.0 t 工况九,第七层混凝土浇筑,R 左=R右= 177.0 t
4 计算结果与现场测试结果
根据一体化高架工程区间K2 + 680. 5(Pm117 墩) ～ K8 + 136. 5 (Pm296 墩) 某墩上盖梁施工步骤,计算得到各加载工况在锚束施加预应力作用下Y型墩斜立柱根部弯矩( M) 、根部内侧应变(ε) 见表1 , 现场测试结果见表2 。图3 为工况九Y 型墩计算弯矩图和轴力图。
表1 Y型墩根部弯矩、应变计算结果
由表1 、表2 可知:随着上盖梁混凝土逐层浇注,在锚束理论施加预应力作用下, Y 型墩斜立柱顶部变形和根部内侧应变在增大。施工过程中,钢绞线实际施加的束力与理论控制束力基本一致,且最大误差在15 % 以内;此外,斜立柱根部内侧实测应变总体上略大于计算值,但两者数量级相同。通过计算和现场实测分析可得出如下结论:
(1) Y 型墩上盖梁的施工完全可以采用无支架技术,以减小施工时地面交通带来的干扰;
(2) 将Y 型墩上盖梁的施工过程简化为梁杆体系结构,能满足施工控制的要求;
(3) Y 型墩上盖梁在无支架情况下施工,必须采用分级加载方式。
钢束实际斜立柱根部监测日期、工况施加预应内侧时间力/ kN ε/10-6
