王 禹，周順華，沈清衛(wèi)，費志高

（1.中交一公局廈門工程有限公司 廈門市 361000；2.同濟大學(xué)城市軌道與鐵道工程 上海市 200000）

邊墩預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在托架現(xiàn)澆段施工中的應(yīng)用

王 禹1，2，周順華2，沈清衛(wèi)1，費志高1

（1.中交一公局廈門工程有限公司 廈門市 361000；2.同濟大學(xué)城市軌道與鐵道工程 上海市 200000）

根據(jù)預(yù)應(yīng)力原理及托架施工經(jīng)驗，在墩柱受拉側(cè)施加預(yù)應(yīng)力，并利用midas FEA軟件對過渡墩在邊跨現(xiàn)澆段施工期間承受預(yù)應(yīng)力及外部荷載時的受力特性進行分析，以期合理解決由于偏壓對墩柱造成開裂的不利影響，保證施工質(zhì)量，降低施工成本。

高墩；托架；偏壓；預(yù)應(yīng)力

1 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋本身具有良好的跨越性能，因此在山區(qū)高速公路建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計時根據(jù)受力及構(gòu)造要求，劃分了零號塊、懸臂澆筑段、邊跨現(xiàn)澆段。但由于地處高山峻嶺，地勢陡峭，其墩柱相對較高，在進行邊跨現(xiàn)澆段施工時往往就需要搭設(shè)較高的落地鋼管支架，而搭設(shè)鋼管支架本身就相對困難，且鋼材用量較多，以至于增加施工成本?，F(xiàn)在相對經(jīng)濟的做法是采用托架施工，但由于邊跨現(xiàn)澆段本身較其他節(jié)段較重，且施工期間由于過渡墩另外一側(cè)T梁未架設(shè)，極容易造成墩柱偏載，致使墩柱產(chǎn)生裂縫。為消除墩柱的偏載不利影響，通過在過渡墩受拉側(cè)預(yù)埋精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，保證墩柱施工期間墩身最外側(cè)邊緣不產(chǎn)生拉應(yīng)力，以避免裂縫的產(chǎn)生，待邊跨合攏段施工結(jié)束后，進行放張?zhí)幚?。本文利用midas FEA建立有限實體單元模型，對過渡墩施工期間的受力性能進行仿真分析，以期檢驗施加預(yù)應(yīng)力的效果及更好地指導(dǎo)施工，降低施工成本。

2 工程簡介

磨石溪特大橋［1］位于酉陽縣銅鼓鄉(xiāng)銅鼓村磨石溪附近，距縣城約21km，橋軸線與磨石溪呈約64°角斜跨磨石溪溪溝，設(shè)計為分離式雙幅橋。主橋采用分離式單箱單室截面連續(xù)剛構(gòu)，其跨徑布置為（98+180+98）m，引橋采用40m預(yù)制T梁。墩頂0號梁段長12.0m，其中兩邊各外伸2.0m。兩“T”構(gòu)懸臂節(jié)段劃分為21個梁段，邊中跨對稱設(shè)置。梁段長度從根部至跨中分別為4×3.0m、4×3.5m、3× 4.0m、10×4.5m，累計懸臂總長為83m，如圖1。邊跨現(xiàn)澆梁段箱頂板寬度為12m，底板寬6.6m，箱懸臂長2.7m，長度為6.84m。上部箱梁采用雙懸臂掛籃逐塊對稱現(xiàn)澆施工，邊跨現(xiàn)澆段采用托架施工，托架結(jié)構(gòu)，如圖2。

3 預(yù)應(yīng)力施加原理

根據(jù)材料力學(xué)［2］中有關(guān)截面核心概念，假設(shè)有一個矩形截面偏心受壓構(gòu)件如圖3。外力N作用在矩形截面上，其在Y向偏心，偏心距為e，則作用于過渡墩截面上的等效外力為軸力N、彎矩M=N·e。在不考慮鋼筋的作用下，過渡墩截面可視為勻質(zhì)截面，等效外力在Y向邊緣截面產(chǎn)生的應(yīng)力σ由式（1）進行計算

式中：σ1—最大應(yīng)力；

σ2—最小應(yīng)力；

N—軸力；

A—截面面積；

M—截面彎矩；

y—截面外側(cè)邊緣至中性軸的距離；

Ix—截面X軸慣性矩。

對于混凝土來說，其抗拉強度較弱，當(dāng)截面出現(xiàn)拉應(yīng)力時，容易導(dǎo)致截面開裂，這是我們不希望的，為保證截面不產(chǎn)生裂縫，則截面邊緣最大應(yīng)力應(yīng)滿足式（2）的要求。

式中：M=N·e

即當(dāng)偏心距e滿足式（3）時，截面邊緣不會產(chǎn)生拉應(yīng)力。

過渡段截面構(gòu)造尺寸如圖4。經(jīng)計算得截面特性如下：

面積A=98999.9965cm2

周長s=3473.2380cm

慣性矩：Ix=2178949847.3407cm4

根據(jù)上述各項計算結(jié)果，帶入式（3）有

4 預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量估算

過渡墩在邊跨現(xiàn)澆段施工過程中除承受自重外，還有邊跨現(xiàn)澆段傳遞的豎向荷載N1、預(yù)應(yīng)力筋傳遞的豎向力N2。其受力計算圖示如圖5。

經(jīng)計算，過渡墩截面等效作用M=（12213.2-1.75 N2）kN·m，N=（3987+N2）kN。其中N2大小應(yīng)滿足式（4）的要求，即

單根Φ32mm精扎螺紋鋼抗拉強度設(shè)計值［3］fpk=785MPa，錨下控制應(yīng)力σcon=0.93fpk= 706.5MPa，則單根螺紋鋼預(yù)應(yīng)力Np=706.5× 3.14×32×32/4=567.9kN。故需要預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量為2746.5/567.9=4.8，取5根精軋螺紋鋼即可滿足要求。

5 預(yù)應(yīng)力筋預(yù)埋范圍

5.1模型建立

利用FEA建立實體單元模型，墩高70m，單元邊長控制小于30cm，見圖6。不考慮普通鋼筋的作用，視混凝土為各向同性材料，其本構(gòu)模型［4］選擇彈性模型，在墩柱底面進行固結(jié)。

5.2模型荷載

混凝土容重按26kN/m3進行加載。為了避免應(yīng)力集中造成應(yīng)力失真，根據(jù)圣維南原理［5］，載荷的具體分布只影響載荷作用區(qū)附近的應(yīng)力分布，對于遠離載荷的部分，應(yīng)力不受影響，因此對外部集中力荷載按面荷載進行加載，但保證面荷載合力及力矩與原荷載保持一致。對于豎向荷載加載在墩帽頂面長10.9m、寬2m的平面上，其大小為0.18MPa；對于水平荷載按托架實際作用位置加載在長0.35m、寬0.15m的立面上，其大小為25.1MPa。

5.3計算結(jié)果

沿Z軸方向正應(yīng)力等值線圖如圖7。根據(jù)計算結(jié)果可知墩身截面在荷載標準組合作用下拉應(yīng)力達到0.94MPa，墩身截面會產(chǎn)生裂縫；壓應(yīng)力達到13.2MPa，小于C40混凝土（墩身混凝土采用C40）允許壓應(yīng)力26.8MPa，混凝土抗壓能夠滿足要求。

在新經(jīng)濟快速發(fā)展的過程當(dāng)中，企業(yè)財務(wù)會計只有進一步完善相應(yīng)的規(guī)章制度，使得企業(yè)財務(wù)會計和管理會計有機的結(jié)合在一起，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢相互補充，相互促進的作用，把財務(wù)會計以及管理會計二者之間相互融合才能夠更加明確企業(yè)的管理目的，財務(wù)會計只有充分的明白企業(yè)的管理需求，才能夠更有效地體現(xiàn)出財務(wù)信息的重要價值，從而使得企業(yè)能夠健康持續(xù)的發(fā)展。

5.4數(shù)據(jù)整理分析

對墩身受拉側(cè)邊緣豎向正應(yīng)力數(shù)據(jù)進行整理得到Z向邊緣正應(yīng)力與墩高關(guān)系曲線圖，見圖8。從圖8可以看出，墩帽頂至墩高39m范圍內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力，故應(yīng)在此范圍內(nèi)預(yù)埋精軋鋼施加預(yù)應(yīng)力，以消除偏壓對墩柱造成的不利影響。

6 施加預(yù)應(yīng)力效果

6.1建立模型

利用前面已建的過渡墩模型［6-7］，將5根直徑32mm的精軋螺紋鋼植入，同時對植入鋼筋單端施加預(yù)應(yīng)力，其值為700MPa。精軋鋼進行交錯布置，長短相差15m，植入鋼筋模型見圖9。其余荷載及邊界條件同前。

6.2計算結(jié)果

加固后沿Z軸方向正應(yīng)力等值線圖如圖10。根據(jù)計算結(jié)果可知墩身截面在荷載標準組合作用下拉應(yīng)力達到0.3MPa，但沒有出現(xiàn)在墩身截面；壓應(yīng)力達到13.1MPa，與前面分析一致，都出現(xiàn)在托架水平力加載處，與實際相符。

6.3數(shù)據(jù)整理分析

對墩身加固邊緣豎向正應(yīng)力數(shù)據(jù)進行整理得到Z向邊緣正應(yīng)力與墩高關(guān)系曲線圖，見圖11。從圖11可以看出，墩頂至墩底范圍內(nèi)出現(xiàn)3處應(yīng)力突變，第一處是因為墩帽與墩身截面特性變化所致；第二處是因為墩身中減少了2根預(yù)埋精軋鋼，總預(yù)應(yīng)力被消減所致；第三處是因為墩身中無預(yù)埋精軋鋼，預(yù)應(yīng)力消失所致。但由于在整個墩身截面Z向正應(yīng)力都為負值，即全為壓應(yīng)力，達到了預(yù)期的抗裂目標。

7 結(jié)束語

（1）通過以上計算分析可知，在過渡墩受拉側(cè)施加預(yù)應(yīng)力是確實可行的，能有效消除過渡墩在邊跨現(xiàn)澆段施工期間，由于偏壓產(chǎn)生裂縫的不利影響，保證了墩身施工質(zhì)量。

（2）在過渡墩受拉側(cè)施加預(yù)應(yīng)力，解決了過渡墩在用托架施工時，由于T梁未架設(shè)，墩頂面承受邊跨現(xiàn)澆段不對稱荷載，容易造成墩身開裂的問題，彌補了托架施工的不足之處，充分發(fā)揮了托架的優(yōu)勢，節(jié)約鋼材，降低施工成本。

（3）本方法簡單易行，能有效地指導(dǎo)施工，也為以后類似工程施工提供借鑒作用。

［1］ 招商局重慶交通科研設(shè)計院.酉陽至沿河（重慶段）高速公路工程第二合同段施工圖設(shè)計［Z］.重慶：招商局重慶交通科研設(shè)計院，2012.

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［5］ 陳新孝，牛荻濤，王學(xué)民.銹蝕鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的恢復(fù)力模型［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2005，37（2）：155-159.

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［7］ 劉瑛.粘鋼加固梁柱試驗及非線性分析方法研究［D］.青島：中國海洋大學(xué)，2006.Application of Prestress Reinforcement Technology of Abutment Pier in the Construction of Cast-in-situ Section of Bracket

WANG Yu1，2，ZHOU Shun-hua2，SHEN Qing-wei1，F(xiàn)EI Zhi-gao1

（1.CCCC First Highway Xiamen Engineering Co.，Ltd.，Xiamen 361000，China；2.School of Transportation Engineering，Tongji University，Shanghai 200000，China）

According to prestress principle and bracket construction experience，prestress is imposed at tension side of pier stud，and analysis on mechanical characteristic of transition pier under prestress and exterior load during the construction period of cast-in-situ section of side span is made by utilizing midas FEA software，so as to reasonably solve adverse effect of biasing on cracking of pier stud to ensure the construction quality and reduce the construction cost.

High pier；Bracket；Biasing；Prestress

U445

B

1673-6052（2016）01-0005-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.002