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摘要：近年来，节段预制拼装箱梁架梁施工安全性得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文通过大型有限元软件ABAQUS，建立了东莞地铁Ｒ2 线2312 标的节段预制拼装简支箱梁三维空间有限元仿真模型，论证了在架桥机过跨和架梁两种最不利工况作用下的梁体受力性能，提出了梁端附近混凝土拉应力过大问题的施工对策，并分析论证了临时支撑措施的有效性，保证了架梁施工荷载下结构的安全性。
关键词：节段预制拼装箱梁；架梁施工；安全性
1前言
东莞地铁Ｒ2 线2312 标主要为高架桥梁结构，桥梁跨度有25 m 与30 m 线两种结构形式，单跨梁体节段分标准段、过渡段与端节段，其结构形式如图1 所示。箱梁架设采用梁体分节段在梁场预制，待强度满足设计要求后运输至桥跨位置，利用架桥机悬拼后再整体落梁的施工方式。由于架梁施工时的临时荷载远较正常使用荷载大，因此需对架梁施工时梁体结构的安全性进行分析研究。
3. 3 预应力加载
预应力加载采用降温法施加。由于有限元模型中降温法不能模拟预应力筋的摩阻损失，因此，在对预应力筋施加预应力荷载前根据规范的规定分区域扣除由于摩阻影响损失的预应力，即对不同区域设定不同的降温值。
3. 4 有限元模型边界条件及单元划分
整个模型按实际情况取1 /4 结构计算，在箱梁的纵横对称面上设立对称边界条件，支座处设置钢板与梁底面建立接触约束并约束竖向位移。钢绞线及端节段梁体钢筋采用embed 约束埋入梁体混凝土中。混凝土采用C3D8Ｒ 单元模拟，预应力钢绞线和HＲB335 普通钢筋采用B31 单元。
4计算结果分析
4.1 架桥机过跨施工
根据表1，架桥机过跨时可按荷载作用在跨中位置考虑，其荷载为单个支腿1 /2 的荷载Ｒ = 695 kN。由计算结果可知，梁体在架桥机过跨施工荷载作用下梁体主拉应力，横桥向拉应力均不大于C50 混凝土的抗拉强度标准值，底板纵桥向正应力未出现拉应力，符合全预应力结构要求。
4.2 架桥机架梁及静载实验工况
根据表1，比较架桥机架梁和静载实验工况可知，静载实验工况更为不利。因此仅对静载试验工况进行模拟分析。
为更详细的了解端节段横向应力分布规律，分别在箱梁顶板上下缘，箱梁底板上缘每隔0． 5 m 选择一条应力查看路径以分析应力沿箱梁纵向的变化情况。端节段在静载试验工况荷载作用下，其主拉应力、顶板横向拉应力及腹板竖向应力均存在超过C50混凝土抗拉强度的区域。梁体横向应力变化基本上由梁端截面向跨中逐渐减少，到端节段末端其顶板与腹板综合架桥机静载实验工况作用下的应力云图及各截面顶板下缘横向拉应力和腹板外侧竖向拉应力的应力变化情况分析可以确定，架桥机架梁施工时如不采取措施，箱梁将由梁端向跨中方向逐渐开裂形成顶板和腹板的纵向裂缝，这将影响梁体正常运营的使用寿命，为全预应力构件所不允许，因此应采取措施控制架梁施工荷载对梁体结构的影响。
5架梁施工梁体承载能力不足的对策措施及其分析
针对架梁施工时梁体端节段混凝土应力超标的问题，拟定采用在梁端支座位置设置箱内竖向钢支撑，以将部分架桥机支腿荷载直接通过钢支撑传至支座; 临时钢支撑设置为顺桥向距梁端0． 7 m，横桥向支座中心距1． 9 m; 安装支撑时对每个支撑施加30 t 的预加力。
根据加支撑后的分析计算结果分析可知，临时支撑的直接传力作用对改善箱梁的空间应力分布有明显的效果，其最大主拉应力降到2． 3 MPa 以内，小于C50 混凝土的抗拉强度标准值ft =2． 64 MPa，不至于引起混凝土的开裂; 原先在箱梁顶板、腹板的混凝土拉应力超限区的正应力也得到有效控制，均未超过混凝土的抗拉强度标准值。
6结束语
通过对箱梁架设过程中的不利工况进行三维空间实体有限元模拟分析，明确了架梁施工荷载下梁体结构不同部位的应力响应，得出以下结论: 1) 箱梁在架桥机过跨工况下其主拉应力、跨中荷载作用位置附近顶板、腹板的正应力大小均未超过C50 混凝土的抗拉强度标准值，箱梁底板下缘未出现纵向拉应力，仍处于全预应力状态，梁体结构安全，满足施工要求。2) 架梁施工时箱梁的顶板、腹板、底板等多个区域出现主拉应力和正应力超标的问题; 当采取在梁端增设临时支撑的施工措施之后，梁端在局部荷载作用下的应力分布情况得到明显改善，其主拉应力、顶板横向拉应力和腹板竖向拉应力均控制到C50 混凝土抗拉强度标准值以内，可以保证梁体架梁施工的安全。
参考文献：
［1］郭金琼，房贞政，郑振． 箱形梁设计理论［M］． 第2 版． 北京: 人民交通出版社，2008．
［2］郭金琼，郑震． 带伸臂箱梁桥横向内力分析［J］． 土木工程学报，1986，19( 3) : 71-72．
［3］段海娟，赵人达． 薄壁曲线箱梁空间分析的梁段单元［J］． 土木工程学报，2004，37( 12) : 58-60．
论文作者:杨永波
论文发表刊物:《防护工程》2017年第3期
论文发表时间:2017/7/1
标签：应力论文; 荷载论文; 腹板论文; 顶板论文; 预应力论文; 工况论文; 混凝土论文; 《防护工程》2017年第3期论文;