第３６卷第１５期 ・３０４・ ２ ０ １ ０年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎＥＣ兀 Ｉ Ｖ０１．３６Ｎｏ．１５ Ｍａｙ． ２０１０ 文章编号：１００９－６８２５｛２０１０ Ｊ １５—０３０４－０２ 高墩大跨曲线Ｔ形刚构桥计算分析 张宗辉 摘要：结合某在建高墩大跨曲线Ｔ形刚构桥的施工监控项目，建立其三维空间有限元模型，分析了施工中各种荷载对 曲线Ｔ形刚构桥结构行为的影响，研究了最大悬臂和成桥状态的应力与变形，得出了施工过程的受力和变形规律。 关键词：曲线Ｔ形刚构桥，有限元，施工仿真计算，结构行为 中图分类号：Ｕ４４８．２３ 文献标识码：Ａ 表２成桥状态控制截面的应力计算结果截面 Ａ＿Ａ Ｂ—Ｂ Ｃ—Ｃ Ｄ—Ｄ Ｂ—Ｅ 由于地形的不同以及线性的要求，我国修建的大批桥梁中很 大一部分采用了曲线梁桥的形式。相对于直线桥而言，对大跨曲 线梁桥采用悬臂浇筑方法而言难度更甚。曲线梁桥因受弯扭耦 合效应的影响，在施工阶段和成桥后的受力变形等结构行为比较 ＭＰａ ４ —６．３９ —８．０８ —８．９８ —８．９８ —４．８３ １ 一６．６１ 一７．６７ —ｌ１ ３１ —ｌ１ ３１ 一５．７２ ２ —６．９５ —８．１５ ～１１．８８ ～ｌ１．８８ —５．９３ ３ —６．５９ —８．３５ —９．３ —９．３ —４．９５ 复杂，需要对其进行空间的结构计算分析，从中得到一些高墩大 跨曲线刚构桥的受力变形规律。 １有限元方法 有关曲线梁的计算理论和分析方法归纳起来大致可分为解 ２．４变形计算结果 曲线Ｔ形刚构桥最重要的受力特点就是在荷载作用下会产 不仅产生竖向变形而且还存在横向变形及扭转 析法、半解析法和数值法。考虑翘曲扭转的弯桥分析理论虽然精 生弯扭耦合效应，确，但求解难度大，往往要借助数值计算。有限元法是最常用的 角位移。图１～图６显示了本桥最大悬臂状态及成桥状态下的竖 数值分析方法之一，能方便地分析翘曲、畸变及剪力滞等现象，可 向变形、横向变形和因箱梁扭转产生的轴向变形，包括各种主要 说明：轴线 广泛地应用于求解各种曲线梁桥的问题，能很好地分析曲梁的空 荷载作用对竖向、横向和内外缘高差变形影响的比较（间受力性能。 扭转变形图中纵坐标为曲线箱梁内外缘相对变形差值，横坐标为 ２施工过程的计算模型模拟 ２．１ 工程实例 某大桥桥位受总体路线控制，平面位于Ｒ＝１ １７０ ｍ，Ｌ ＝ １３０ ｍ的平曲线内。结构形式为１１４ ｍ＋１１４ ＩＴＩＴ形刚构，设计荷 载为公路一Ｉ级。 曲张外缘向上变形）。 １５０ １００ ５０ ０ １５ｏ 厂＼＼ —／，、 １０ｏ ５ｏ ０ 厂＼＼／ ５０ １００ １５０ ——主梁为单箱单室预应力变高度箱梁，Ｃ６０混凝土，预应力为 ２７０级高强低松弛夺ｌ５．２钢绞线。箱顶板宽１２．１ ｒｆｌ，底板宽 ６．８ ｍ，箱梁现浇段梁高３．８ ｒｆｌ，０号块断面高１４．５ Ｉｎ。主墩采用钢 —２００ 囊纛 ５ｏ １００ ｌ卯 ２００ 一一图１ 最大悬臂状态竖向变形 图２ 成桥状态竖向变形 管混凝土叠合柱，管内为Ｃ８０混凝土，外包Ｃ３０混凝土，高７５．２ ｉｎ。 ２．２有限元模型的建立与计算 ‘ 结合工程实例，桥墩和梁体均采用空间梁单元，采用正装法 对施工过程进行模拟计算。结构计算的相关参数均按规范取值。 施工顺序按照梁段悬浇、合龙的顺序进行。考虑的荷载有：自重、 二期恒载、预应力、预应力损失、混凝土收缩和徐变。 本文采用有限元软件Ｍｉｄａｓ ２００６建立空间有限元模型，全桥 耋一 卯［４０ ｝ ，——— —、、、 ５０４０［｝ ／厂 一 、 、 ３．１应力比较分析 由表１，表２可以看出，由于曲线桥的弯扭耦合作用，在最大 上部结构共划分７６个单元，３０个悬浇梁段，两个支架现浇梁段， 两个合龙段。 ２．３应力计算结果 根据施工模拟计算的结果，表１，表２列出了箱梁４个测点最 大悬臂状态和成桥状态下悬臂梁根部、１／４跨等受力监测截面的 １蓁 ．０一｝ ／ 雾ｌ．ｏ： 一｝— 悬臂阶段，除０号块及其端截面附近外，其余截面曲线内侧应力 均略高于曲线外侧应力（表１未详列），但内外侧应力基本吻合 在成桥阶段，箱梁曲线外侧应力高于曲线内侧应力，梁体受力不 应力值。 截面 Ａ—Ａ 表１最大悬臂状态截面正应力计算结果 １ 一５．５６ ＭＶａ ０３ 计算结果分析Ｉ ｐｌ异钿木７】 ４ ～５．４３ ２ —５．５６ ３ —５．４３ Ｂ—Ｂ Ｃ—Ｃ Ｄ—Ｄ Ｂ—Ｅ 一６．９４ —ｌ２．５６ 一１２．５６ 一４．４５ —６．９１ —１２．６３ —１２．６３ —４．４５ —１０．２ —９．０９ —９．０９ —７．８ —１０．２ —９．０６ ～９．０６ —７．８ 收稿日期：２０１０—０２—０５ 作者简介：张宗辉（１９７７．），男，工程师，中铁大桥（南京）桥隧诊治有限公司，江苏南京２１００６１ 第３６卷第１５期 ２ ０ １ ０年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ、Ｅ 兀 ＲＩ Ｖｌ０１．３６Ｎｏ．１５ Ｍａｙ．２０１０ ・３０５・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１５—０３０５—０３ 特殊地质条件下Ⅲ级围岩隧道的支护参数探讨 褚建国 摘要：以某隧道施工为例，对现场施工情况和围岩进行了调查，采取了新的支护参数，通过现场围岩监控数据显示，变 形量大大缩小，从初支到变形稳定所需时间也大大缩短，保证了施工的安全和质量。 关键词：围岩，隧道，支护参数 中图分类号：Ｕ４５１．２ 文献标识码：Ａ １工程概况 １．１设计概况 褶曲，并伴随花岗岩侵入。吕梁运动以后，陆台处于长期悠久的 相对稳定阶段，从元古代至中生代白垩系前，本区一直未受沉积。 并伴随花岗岩的侵入，导致地 某隧道位于内蒙古乌兰察布市集宁区内，隧道为双线单洞设 由于在地质历史中发生强烈褶皱，计，总长１１ ９４５ ｍ，隧道区进出口地形略陡，洞身部位地面平坦开 层中围岩变化频繁，同时地下水较发育，且在隧道施工中经常出 阔。隧道左线Ⅲ级围岩２ ８５５ ＩＴＩ，右线２ ５５５ ｍ，占隧道设计总长 现拱墙部位涌水现象，对施工造成了极大的影响。２）工程和水文地质。隧道进出口地形略陡，洞身部位地面平 １１ ９４５ｍ的４５．３％，Ⅲ级围岩复合式衬砌开挖断面尺寸为７．８８ｍＸ ９．６３ ｍ（宽×高），建筑限界净宽４．８８ １ＴＩ，净高６．５５ ｍ。该隧道为 坦开阔。断裂构造不发育，以不同岩层（体）接触带为主，表现为 侵入接触带、角度不整合接触带。地层岩性较复杂，含水岩组富 客货共线铁路，设计行车速度２００ ｋｍ／ｈ。 １．２工程地质及水文地质 水性、透水性差异较大，故水文地质条件复杂。 １）地质构造。乌兰察布市地区的地质构造运动，主要发生在 １．３工程难点分析 隧道埋深较浅，且风化层厚度较大，Ⅲ级围岩地段埋深在 吕梁期和喜玛拉雅山期。吕梁期强烈的造山运动，使地壳上升， ｍ－－３０ ｍ之间；围岩节理裂隙发育，整体性差，呈块石碎石状 形成陆台，完全脱离海侵。伴随运动的发展，原岩变质，产生强烈 １０ 均，这主要是因为其曲线半径Ｒ较大，且其所对圆心角０较小， 其所对应的圆心角０有关，若曲线刚构桥圆心角越大，其弯扭耦 以及成桥后箱梁混凝土收缩徐变的影响。在０号块两侧截面（即 合作用就越明显，应力不均匀性也相应增大。本桥圆心角较小， Ｃ—Ｃ，Ｉ）＿一Ｄ截面）的应力随施工阶段的变化趋势，在最大悬臂阶 应力和竖向变形相对于同样设计参数的直线桥差别不大。２）在 段总的应力达到最大；另一方面，可以看出结构自重、预应力的作 跨径、曲线曲率等几何参数确定的情况下，曲线Ｔ形刚构的自重、 用对箱梁截面应力影响最大，而混凝土的收缩徐变对箱梁的截面 预应力作用产生的应力较大，且预应力与自重作用产生应力方向 应力影响较小。 相反；对产生横向变形和轴线扭转变形贡献较大的主要是结构自 ３．２变形比较分析 重和混凝土徐变等作用，而预应力作用对横向变形和轴线扭转变 曲线Ｔ形刚构桥除了会产生竖向变形外，还存在不可忽略的 形的影响相对较小。明确施工过程中各种荷载的作用效应有助 针对曲线刚构桥的横向偏移，可根据 横向变形、箱梁轴线扭转。从图１～图６中可以看出，梁体产生横 于做好施工过程的控制。３）增加桥梁的横向刚度。本桥在悬浇前将左右幅０号块 向变形和扭转的主要原因：１）主梁弯曲产生的扭矩由墩顶部位分 实际情况，箱梁轴向扭转变形有很大改观，横向位移 配，使桥墩产生向曲线内侧的横向弯曲，从而使主梁产生横向变 采用连系梁形式连接，形；２）墩身受力不均产生的徐变影响。 最大值由１８８ ｍｌＴｌ降至５４．３ ｎＭＴＩ，控制在规范允许范围内。 根据计算结果分析，箱梁竖向变形的主要影响因素是结构自 参考文献：Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９８９． 重和预应力，而收缩徐变较前两者小；箱梁横向变形和轴线扭转 ［１］姚玲森．曲线梁［的主要影响因素是自重和收缩徐变，而预应力对箱梁的横向变形 ［２］王磊．高墩大跨连续刚构直弯对比研究［Ｄ］．北京：北京工 业大学，２００４． 和轴线扭转较小。 ４结语 １）高墩大跨曲线Ｔ形刚构桥的弯扭耦合效应造成梁体截面 应力不均匀，竖向变形增大，产生横向变形和箱梁轴线扭转；且与 ［３］ 朱敏．高墩大跨连续预应力混凝土连续梁桥线性控制研 究［Ｊ］．四川建筑，２００５（１）：６９． ［４］范佐银，武维宏，舒春生．门式刚构桥设计［Ｊ］．山西建筑， ２００８．３４（２０）：３３３—３３４． Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｉｅｒ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｔ・ｔｙｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ＺＨＡＮＧ Ｚｏｎｇ－ｈｕｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇ ｏｆ ａ ｂｕｉｌｎｄｉｎｇ ｈｉｇｈ ｐｉｅｒ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ Ｔ－ｔｙｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｌｎｅｎ— ｓｉｏｎａｌ ｓｐａｃｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｄ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ，ｖａｒｉｏｕｓ ｌｏａｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｃｉｒｃｕｌｒ ａＴ－ｔｙｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ｆｒｍｅ ａｂｒｉｇｅ ｄＷａＳ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ａｎｄ ｄｅａｄｌａｄ ｓｔｏａｔｅ ｓｔｒｅｓｓａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｕｌｓｉｅｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓＷａＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｔ－ｔｙｐｅａ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｆｉｎｉｔｅ ｄｅｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ 收稿日期：２０１０一Ｏ１—２１ 作者简介：褚建国（１９７８一），男，工程师，中铁六局集团有限公司桥隧分公司，北京１０００３６
