不同曲线半径下刚构桥悬臂法施工受力分析

第３６卷第２Ｏ期　建　筑　Ｖ０】．３６Ｎｏ．２０　・３４２・　２　０　１　０年７月　山　西　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｊｕ１．　２０１０　文章编号：１００９．６８２５｛２０１０）２０—０３４２．０２　不同曲线半径下刚构桥悬臂法施工受力分析　刘　涛　摘要：结合具体工程实例，利用有限元计算软件，对不同曲线半径和墩高的变截面曲线连续刚构桥最大悬臂状态空间　应力及变形进行了分析，根据分析结果得出了设计、施工、监控方面的一些认识和建议。　关键词：曲线刚构桥，悬臂施工，扭转角，竖向位移　中图分类号：Ｕ４４５．４６６　文献标识码：Ａ　曲线刚构桥的线形控制要比一般悬臂施工的直线刚构桥更　用下的压缩变形和横向弯矩下的内倾位移。竖向位移符号规定　重要也更复杂。对于曲线刚构桥，由于存在弯扭耦合效应，悬臂　向上为正，向下为负。从图１，图２可以看出，墩高一定，曲线半径　施工时箱梁截面在预应力、自重以及其他施工荷载的共同作用下　减小，最大悬臂端与悬臂根部竖向位移增大，半径越小变化越明　产生扭转，当转角过大，即箱梁横截面左右挠度差值不能忽略时，　显。曲线半径变化１００　ｍ时，最大悬臂端处内缘竖向位移变化幅　需设置扭转预拱度。同时，曲率影响还使高墩产生径向位移，这　度为１１．４％～１２．５％，外缘竖向位移变化幅度小于内缘，为　对于墩身竖直度及平面线性的控制也有影响，因此需对桥墩和主　２．６％－－４．９％．内外缘变化幅度不同与扭转变形有关。曲线半径　梁设置径向预偏位。　越小，横截面内外缘位移差越大，在悬臂根部表现尤为突出。　对于采用悬臂浇筑施工的曲线刚构桥来说，以往杆件内力分　Ｏ　２４０　０　析方法不能体现其截面上应力的空间分布，并且施工过程结构受　Ｏ　２６ｏ　Ｏ　、鼍０　２８０　０　力体系发生多次转换，结构应力变化复杂，因此对变截面连续曲　藩一０　３００　０　线刚构桥空间应力分布规律的研究十分重要。　－！Ｅ一０　３２０　０　１建立模型　０．３４０　０　０　３６０　０　以红石梁大桥为原型，利用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立模型，梁　距内弧距离／ｍ　高沿跨径方向按二次抛物线变化，选择曲线半径４００　ｍ，５００　ｍ，　不同曲线半径下施工阶段最大悬臂端顶板竖向位移　６００　ｍ。在悬臂施工阶段，除临时施工荷载外，Ｔ构主要承受自重　０　０１５　０　和预应力作用，对自重进行分析时，最大悬臂阶段是应力最不利　０　１３０４　０　情况，因此计算时取最大悬臂状态。　漤０　００７　０　２比较与分析　Ｊ（）．０１８　ｏ　０．０２９　０　２．１扭转角比较　０　０４０　０　悬臂部分任意截面的扭转角定义为截面内外缘竖向高差与　截面宽度的比值，符号规定向曲线内侧扭转为负，向曲线外侧扭　距内弧距离／ｍ　转为正。将不同曲线半径、墩高情况下最大悬臂端顶板扭转角进　图２不同曲线半径下施工阶　向位移　行对比。施工阶段悬臂部位的扭转主要来自两部分的作用：１）因　２．３径向位移比较　为曲线悬臂恒载自身沿顺桥向纵轴产生扭转力矩，使得悬臂部分　自重作用下，曲线箱梁Ｔ构上部结构重心偏向内弧一侧，墩　相对于墩顶向曲线内侧扭转；２）因为悬臂自重对桥墩相当于偏心　身承受较大的横向弯矩，使得Ｔ构墩身产生偏向圆心的侧弯，并　力作用而使墩身内倾，墩顶截面向曲线内侧旋转，加剧了最大悬　带动主梁产生向平曲线内侧的偏位。径向位移符号规定向曲线　臂端的绝对扭转变形。　内侧偏移为负，向曲线外侧偏移为正。　表１　不同曲线半径下施工阶段最大悬臂状态扭转角　从图３可以看出，曲线半径越小，箱梁自重重心偏离墩身轴　曲线半径　最大悬臂端扭转角　墩顶扭转角　差值　线的距离越大，墩身所受横桥向弯矩越大，产生的侧向水平位移　×１０—３　×１０　×１０—３　就越大，变化幅度为每１００　ｍ增大１６％～１９％，半径越大，变化趋　４０ｏ　一２．６５０　—１　２２４　—１　４２６　势渐弱。　５００　—２．１６０　—０．９６０　１　２００　０　０７０　０　６０ｏ　一１．８２０　—０　７８３　—１　Ｏ３７　从表１可以看出，施工阶段墩身向内侧弯曲，墩顶扭转角随　Ｅ　０．０９０　０｝　着悬臂部分曲率的减小而增大，且曲率越小变化越大，幅度由曲　窘＿（Ｊｌｌｉ０　ｏ｝………＿＿＿……………＿－＿一一Ｒ５４００ｏ　线半径每减小１００　ｍ，扭转角增大２３％加剧到增大２８％。“差值”　０　１３０　０｝Ｌ—　—…．一Ｒ６００　代表悬臂部分的相对扭转，是第一种因素作用的结果，其值亦随　１０　１５０。　—　—　—　半径减小而增大，变化幅度从１４％增大到ｌ９％。　距内弧距离／丌　２．２竖向位移比较　图３　不同曲线半径下最大悬臂状态悬臂端顶板径向位移　悬臂部分变形是个空间问题，其中竖向位移主要包括两部　２．４正应力比较　分：悬臂部分在弯矩和扭矩共同作用下的位移以及墩身在压力作　自重作用下，曲线悬臂刚构产生负弯矩和扭矩，箱梁顶板截　收稿日期：２０１０—０４—０５　作者简介：刘涛（１９８２一），女，助理工程师，中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州７３００００　第３６卷第２０期　２　０　１　０年７月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＩ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２０　Ｊｕ１．２０１０　・３４３・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０）２０—０３４３—０３　高密度电法在隧道超前地质预报中的应用　余左清摘廖声林　要：通过介绍高密度电法的原理，结合具体工程实例，就高密度电法在隧道超前地质预报中应用的基本思路及勘察　成果作了探析，结果表明：该方法简单易行，准确率高，其结果与开挖后揭露的地质情况吻合较好。　关键词：隧道，高密度电法，超前地质预报　中图分类号：Ｕ４５６．３３　文献标识码：Ａ　随着我国国民经济的高速发展和西部大开发战略的深入实　要前提，本文即是通过高密度电法来实现这一前提的。　施，公路等基础设施在西南山区的建设规模日益扩大，公路隧道　１　高密度电阻率法原理简介　２　数量也越来越多。而我国西南山高谷深，修建公路时常采用隧道　高密度电阻率法（简称高密度电法）是一种阵列勘探方法，也　方案穿越山岭。不良地质体，比如断层、裂隙、岩溶等常常成为我　称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深　国隧道建设当中遇到的最主要也是最难以解决的问题。若能准　与电剖面法的结合，其工作系统见图１。通过电极向地下供电形　确地在隧道掘进中提前了解掌子面前方岩性结构的变化情况，如　成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率．０的分布密　预报掘进前方是否有断层、破碎带、溶洞等不良地质构造，这些构　切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视　造的几何形态如何，规模的大小，根据所掌握的这些地质构造情　电阻率　的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下　况，可及时合理地安排掘进进度、修正施工方案、安排防护措施、　地质结构。该方法对围岩的含水情况特别敏感，围岩破碎含水，　避免险情发生…。它是实现隧道的科学施工和信息化管理的首　其视电阻率明显降低，完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带　面绝大部分受拉，底板截面受压，但是由于扭矩的影响，应力在横　力增大，外缘应力减小，曲线半径越小，内外缘应力差值越大，正　截面上的分布是不均匀的，同时考虑到箱梁截面剪力滞效应影　应力分布的不均匀程度加强，得出曲线箱梁随曲率的增加弯扭耦　响，靠近腹板处应力增大，远离腹板处应力减小。正应力符号规　合效应相应增大。　定拉应力为正，压应力为负。　３结语　自重作用下，曲线悬臂刚构受弯矩和扭矩共同作用，向曲线　内侧扭转，使得内缘低外缘高，截面挠度大于同等跨径直线桥，应　力变化主要受弯扭耦合影响，内侧大外侧小，半径越小横截面应　力内外侧差异越大。曲线桥在成桥运营阶段，曲线跨径内主梁承　受外倾扭矩，使主梁截面相对于墩顶截面向曲线外侧旋转，而悬　臂施工阶段的悬臂端的反方向扭转可作为预设扭转角，达到控制　最终变形的目的。大跨高墩预应力连续刚构桥的结构复杂，施工　阶段较多，周期较长，环境变化大，各个阶段的受力与变形也不断　孽　菩　距内弧距离／ｍ　图４　不同曲线半径下最大悬臂状态悬臂根部顶板正应力　１Ｏ．０ｏｏ　０　变化，正确掌握各施工阶段变形与受力情况对准确合龙及大梁的　空间变形符合设计值具有重要意义。　参考文献：　ｌ２　０ｏｏ　Ｏ　宴一１４．０００　０　１６　０００　０　翟－１８　０００　０　［１］徐润平．大跨度曲线连续刚构桥施工控制分析［Ｊ］．铁道建　筑技术，２００３（４）：２５—２７．　２（】０００　Ｏ　２２　Ｏｏ０　０　［２］　刘林石水，卓卫东，林建筑．五跨连续刚构桥梁空间受力特　距内弧距离／ｍ　图５　不同曲线半径下最大悬臂状态悬臂根部底板正应力　性分析［Ｊ］．福建建筑，２００４，８６（１）：５１—５３．　［３］孙　飞．关于大跨连续刚构优化设计研究［Ｊ］．山西建筑，　２００８，３４（２５）：３２４—３２５．　从图４，图５可以看出，曲线半径减小，悬臂根部顶板内缘应　Ｏｎ　ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃａｌｖｅ　ｒａｄｉｕｓ　ＬＩＵ　Ｔａｏ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｏｍｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅ—　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｕｒｖｅ　ｒａｄｉｕｓ　ａｎｄ　ｐｉｅｒ　ｈｅｉｇｈｔ，ａｎｄ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ　ｓｏｍｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｖｅ　ｒｉｇｉｄ　ｂｒｉｄｇｅ，ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｏｒｓｉｏｎ　ａｎｇｌｅ，ｖｅｒｔｉａｌｃ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　收稿日期：２０１０，０３—２２　作者简介：余左清（１９５７一），男，工程师，湖南省中方县国土资源局，湖南中方４１８００７　廖声林（１９７２一），男，助理工程师，湖南省辰溪县国土资源局，湖南辰溪４１９５００