Y 型墩上蓋梁無支架施工技術研究

　　摘　要　針對共和新路高架橋Y 型墩上蓋梁無支架的施工特點,采用梁桿單元,對上蓋梁施工過程的各工況進行了分步計算,并與現場測試結果進行比較,為上蓋梁無支架施工設計提供依據。
1 　工程概況
上海市共和新路高架工程是由共和新路高架道路工程和地鐵1 號線北延伸兩個主體工程合二為一的綜合交通工程。兩條線路在彭江路與永和路之間以高架橋的形式相接,并形成上下兩層形式的一體化高架交通結構。根據結構要求,一體化高架橋橋墩設計采用Y型結構。其中Y型墩上蓋梁施工采用新型無支架施工工藝,在上海市屬首次應用,且上蓋梁模板及支承系統由國外設計,施工荷載完全由Y型墩立柱承受。由于Y型墩斜立柱有1∶3 的坡率,在施工過程中,如果施工組織不當,很容易導致Y 型墩根部施工彎矩超限而產生裂縫。本文按上蓋梁施工步驟對Y 型墩受力變形進行了分步模擬計算,并與現場測試結果進行比較,為上蓋梁無支架施工積累經驗。
2 　計算原理
2. 1 　計算模型的簡化
根據施工設計, Y 型墩上蓋梁模板安裝后,再采用分層澆筑法施工上蓋梁混凝土。由于上蓋梁模板自重和混凝土重量是通過千斤頂傳到施工平臺,再傳給Y 型墩斜立柱,所以,上蓋梁模板自重將作為集中荷載加到Y型墩上。為了控制上蓋梁施工過程中Y型墩斜立柱根部施工彎矩、應力,采用4 根Φ15. 32 mm 鋼絞線對拉。根據上述施工特點,將該問題簡化為如圖1 所示的計算模型。模型中,Y 型墩采用梁單元,預應力鋼絞線采用帶預加拉力桿單元,墩底采用固端約束;上蓋梁模板自重和上蓋梁分層澆筑的混凝土重力將作為集中荷載加到Y型墩上。

圖1 　Y型墩上蓋梁計算簡圖

2. 2 　計算理論
對于Y型墩上蓋梁施工狀態模擬計算,用梁柱單元模擬Y型墩各豎柱、斜立柱及中橫梁,用桿單元模擬帶預應力鋼絞線。建立計算模型過程中, 首先是將各豎柱、斜立柱及中橫梁劃分為若干梁柱單元。每一個梁柱單元如圖2 , 其單元結點位移列陣為: {δ}e = [δT δT ]T (1)
i,j
式中:{δi} = [ui 　vi 　φi]　(i = i,j) 結點力列陣為:
{ F}e = [Fi,Fj (2) 式中:{ Fi} = [Xi 　Yi 　Mi]T 　(i = i,j) 單元剛度矩陣為:
A/ I 對 0 12/l2 稱06/l 4
[ K]e = EA l -A/I 00 A/ I 0 -12/l2 -6/l 0 12/l2 06/l 20 -6/l 4 (3) 式中:E 為Y 型墩混凝土彈性模量;I 為梁柱單元截面慣性矩;A 為梁柱單元截面積;I 為梁柱單元長度。對于桿單元,其單元結點位移列陣為: {δ}e = [δT δT ]T (4) 式中:{δi} = [ui 　vi]　(i = i,j) i,j TT 結點力列陣為:{ F}e = [FNi,FNj]T (5) 單元剛度矩陣為: 　1 -1 [ K]e = EA l -1 　1 (6) 式中:E 為拉桿或預應力拉桿彈性模量;A 為桿單元截面積;I 為桿單元長度。在求得梁單元剛度矩陣、桿單元剛度矩陣后, 通過坐標變換和剛度集成,可求得梁、桿組合結構總的剛度矩陣;再通過約束條件和結點荷載條件, 求得結點位移;進而求得各單元結點力和單元應力。
3 　工況分析
為了減少上蓋梁在施工過程中引起的斜立柱根部彎矩,上蓋梁混凝土采用分層澆筑法。施工中共分7 層,加上模板安裝、鋼筋安裝,共有9 種工況。每種情況下計算加載工況如下:
工況一,模板安裝,R 左=R右= 25.0 t 工況二,鋼筋安裝,R 左=R右= 33.5 t 工況三,第一層混凝土澆筑,R 左=R右= 53.0 t 工況四,第二層混凝土澆筑,R 左=R右= 79.0 t 工況五,第三層混凝土澆筑,R 左=R右= 105.5 t 工況六,第四層混凝土澆筑,R 左=R右= 116.0 t 工況七,第五層混凝土澆筑,R 左=R右= 134.5 t 工況八,第六層混凝土澆筑,R 左=R右= 153.0 t 工況九,第七層混凝土澆筑,R 左=R右= 177.0 t
4 　計算結果與現場測試結果
根據一體化高架工程區間K2 + 680. 5(Pm117 墩) ～ K8 + 136. 5 (Pm296 墩) 某墩上蓋梁施工步驟,計算得到各加載工況在錨束施加預應力作用下Y型墩斜立柱根部彎矩( M) 、根部內側應變(ε) 見表1 , 現場測試結果見表2 。圖3 為工況九Y 型墩計算彎矩圖和軸力圖。

表1 　Y型墩根部彎矩、應變計算結果
由表1 、表2 可知:隨著上蓋梁混凝土逐層澆注,在錨束理論施加預應力作用下, Y 型墩斜立柱頂部變形和根部內側應變在增大。施工過程中,鋼絞線實際施加的束力與理論控制束力基本一致,且最大誤差在15 % 以內;此外,斜立柱根部內側實測應變總體上略大于計算值,但兩者數量級相同。通過計算和現場實測分析可得出如下結論:
(1) Y 型墩上蓋梁的施工完全可以采用無支架技術,以減小施工時地面交通帶來的干擾;
(2) 將Y 型墩上蓋梁的施工過程簡化為梁桿體系結構,能滿足施工控制的要求;
(3) Y 型墩上蓋梁在無支架情況下施工,必須采用分級加載方式。
鋼束實際斜立柱根部監測日期、工況施加預應內側時間力/ kN ε/10-6