关键词：
悬索桥重力式锚碇
简支变连续梁桥
变形分析
应力分析
混凝土损伤
桥梁顶升技术
摘要：
随着交通运输网的发展与覆盖,公路、铁路工程对桥梁跨越能力的要求不断提升。相对于其他桥型而言,悬索桥具有跨越能力大,构造简单,受力明确的特点,被广泛应用于各类大跨度的道路工程中。锚碇和引桥是保证悬索桥安全和正常运营的两个重要组成部分。其中,为保证悬索桥整体的稳定与安全,地锚式悬索桥会设置较大的锚碇结构。另一方面,由于悬索桥需要跨越大跨度的河流和山谷,其桥面高度较高,为了使车辆能平缓地上下桥面,通常会设置多联的连续梁结构作为引桥系统。由于两者均位于主桥两侧,空间位置上存在一定的重叠,为节省通道资源以及增加锚碇压重,引桥系统的部分桥墩会设计修建在锚碇上。当锚碇建造在黏土、淤泥等软土地基上时,由于土体变形,其在承受主缆拉力时不可避免地要发生水平位移和沉降变位,进而影响到修建于锚碇上的引桥连续梁的变形与受力。此外由于悬索桥主、引桥整体的施工周期期较长,系统温度(整体升降温)变化对引桥连续梁结构影响不可忽略。因此本文依托瓯江北口大桥南锚碇及其引桥工程,通过现场布置监测系统结合有限元模拟的方法对两者在主桥加劲梁吊装施工过程中发生的力学性能变化规律以及后续的纠偏措施开展相关研究,主要的工作及成果如下:(1)介绍了本文依托的工程背景并基于建设工程的重难点总结了悬索桥主桥加劲梁吊装对锚碇及其引桥系统力学性能的影响、系统整体温度变化对连续梁力学性能的影响以及连续梁桥顶升纠偏技术的研究现状。归纳了重力式锚碇力学分析理论、锚碇基础变位作用下连续梁力学性能分析理论、系统整体温度变化作用下高墩连续梁力学性能研究理论,并做相关理论推导。最后基于现有研究现状和工程重难点分析了主要存在的问题,确定了本文研究内容。(2)为研究锚碇施工以及主桥加劲梁吊装过程中主缆拉力变化对南锚碇的力学性能影响,利用有限元软件GTS NX建立锚碇沉井-地基实体模型并结合现场实测数据对锚碇沉井的变形与受力以及地基土应力状态进行对比分析。结果表明:锚碇自重及主缆拉力作用下锚碇变位包括沉降、水平位移和整体转动三种情况,主要以沉降变形为主;不同主缆架设进度下,锚碇应力均满足要求。受锚碇变位影响,沉井基础井壁与地基土均存在明显的应力变化趋势并与锚碇变位趋势相吻合。(3)通过有限元软件Midas/civil建立瓯江北口大桥南引桥第一联全桥有限元模型,计算得锚碇变位和系统温度变化对高墩简支变连续梁桥的体系转换阶段和连续梁桥两个施工阶段的主梁位移、控制截面应力的影响。结合实测数据对锚碇变位、系统温度变化耦合作用下高墩简支变连续梁桥各施工阶段的主梁位移、主梁控制截面应力进行规律研究。结果表明:锚碇变位和系统温度变化对采用简支变梁桥施工工艺的引桥系统的不同施工阶段的影响效应存在区别。其主要影响因素包括:墩梁连接的边界条件、主梁及桥墩的刚度分布、下部桥墩高度等。连续梁桥阶段受外部荷载作用产生的附加应力水平比体系转换阶段要小。(4)针对瓯江北口大桥南引桥临时支座拆除滞后并发生开裂的问题,通过荷载分析确定锚碇偏转和系统整体温度变化两种荷载工况,并利用Midas/civil建立整体计算模型以提取局部模型等效荷载值,再结合有限元软件Midas/FEA NX引入混凝土塑性损伤模型对临时支座进行实体建模,分析两种工况下钢筋混凝土临时支座的应力及损伤情况。结果表明:在临时支座未拆除的边界条件下,两种外部荷载均会导致临时支座发生损伤破坏,最大拉应力均达到标号混凝土的拉应力容许值。通过引入混凝土塑性损伤模型能较好描述了混凝土材料的非线性行为,高损伤因子分布区域与临时支座实际的裂缝发展分布基本吻合。在现场施工条件下,受外部荷载作用,简支变连续梁桥混凝土临时支座的受力状况并不是理想轴压状态,故在采用混凝土临时支座时,应加强其配筋设计,避免发生因其他受力形式产生的破坏。(5)针对瓯江北口大桥南引桥合并段第一联顶升工程,分析专项工程施工的重难点,介绍了具体的施工工艺、并设计施工监控方案对顶升部位进行顶升高度和应力数据监测,最后对施工监控数据进行归纳与分析,判断顶升过程中箱梁应力是否符合理论应力变化趋势。由实测数据并结合现场的施工工况分析得:各个部位箱梁的实测顶升高度,与设计顶升高度偏差较小均小于10%。顶升过程中主梁S02#、S03#墩支座截面上缘呈受拉趋势,且未超过混凝土受拉强度容许值,符合理论变化趋势,支座截面处箱梁应力变化规律与顶升高度变化基本吻合,受桥面施工影响,应力监测数据存在局部波动。
