預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋掛籃施工工期可靠性分析

1、第23卷 第1期 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) V o.l 23 N o .1 2011年3月 Journa l o f Zhengzhou R a il way V ocati ona l&T echn ical Co llege M ar .2011 收稿日期:2010-12-24作者簡(jiǎn)介:常海亮(1983-,男,甘肅通渭人,陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋掛籃施工工期可靠性分析常海亮(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 730000摘 要:根據(jù)施工期預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋懸臂施工的特點(diǎn),建立了懸臂施工中結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)概率模型,應(yīng)用一次二階矩法對(duì)跨廣珠西線(xiàn)特

2、大橋進(jìn)行可靠性分析,建立了橋梁結(jié)構(gòu)懸臂施工期結(jié)構(gòu)不同失效模式下的功能函數(shù),為制定合理的施工措施提供參考。關(guān)鍵詞:剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋;施工期;可靠性分析;預(yù)應(yīng)力混凝土 近年來(lái)橋梁坍塌事故不斷發(fā)生,其中施工建造過(guò)程中發(fā)生的事故占有相當(dāng)大的比例。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在近十年發(fā)生的橋梁倒塌事故約2/3以上發(fā)生在施工過(guò)程中。大跨度橋梁施工經(jīng)常采用掛籃對(duì)稱(chēng)懸臂施工,但隨懸臂長(zhǎng)度增大,施工風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。在懸臂施工時(shí),任一時(shí)刻的荷載都是由已澆筑的砼梁段與掛籃承擔(dān)的。該方法施工的結(jié)構(gòu)可靠性涉及到兩個(gè)不同的系統(tǒng):模板、掛籃及其支架和鋼筋混凝土本身,模板及其支架的可靠性,影響著施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性。1 懸臂施工

3、結(jié)構(gòu)的施工期可靠性分析懸臂澆筑的剛構(gòu) 連續(xù)組合梁橋是結(jié)構(gòu)隨澆筑梁段增加而逐步 生長(zhǎng) 的過(guò)程,其中任意時(shí)刻的施工恒載、施工活載、風(fēng)載也在逐步增大的,結(jié)構(gòu)的抗力也隨時(shí)間而變化。據(jù)調(diào)查:在最大懸臂狀態(tài)和澆注最后一塊梁段的時(shí)候結(jié)構(gòu)的質(zhì)量事故發(fā)生率比較高。其原因主要是:正在懸臂澆注最后一塊梁段時(shí),雖然會(huì)避開(kāi)異常大風(fēng),但是此時(shí)不平衡荷載偏差最大;最大懸臂狀態(tài)時(shí),不僅結(jié)構(gòu)受力最不利,而且有可能會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)天氣。在此時(shí)容易造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件(甚至整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)量事故,如結(jié)構(gòu)裂縫、混凝土壓碎、過(guò)大變形甚至倒塌等。2 工程背景本論文以跨廣珠西線(xiàn)特大橋?yàn)楣こ瘫尘?跨廣珠西線(xiàn)特大橋橋孔布置為34.955+2 66.5+57.

4、5+40.045,主梁施工采用掛籃(掛籃重55t 對(duì)稱(chēng)懸澆施工,施工中懸臂最長(zhǎng)為33.25m 。主梁混凝土采用C55高性能砼,普通鋼筋為 級(jí)鋼筋,縱向和橫向預(yù)應(yīng)力采用 j15.24鋼絞線(xiàn)。梁段截面幾何尺寸如下圖1所示。剛構(gòu) 連續(xù)組合梁橋懸臂施工荷載效應(yīng)(彎矩主要在懸臂施工中最后一個(gè)梁段澆筑混凝土階段時(shí)即最大懸臂施工階段(圖2所示,也就是8號(hào)梁段澆筑混凝土進(jìn)行施工期的可靠性分析。2.1 結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算截面的抗力按 鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 進(jìn)行計(jì)算:R K =R a bx (h 0-x /2+R 'g A 'g (h 0-a 'g + 'ys A 'y 24(h0-

5、a'y得:R K=23.1 11600 1600 (4568-1600+ 210 1059.75+976.5 140 30 (4568-550=167058.3kN mR=1.2262R K=203188.4kN mR=0.1414R K=23430.8kN mR= R/ R=0.11532.2 計(jì)算構(gòu)件可靠度最大懸臂施工階段墩頂彎矩功能函數(shù)為:Z=R-S利用驗(yàn)算點(diǎn)法計(jì)算墩頂截面的可靠度。R*(t=243188.4kN mG*(t=125345.3kN mQ*(t=25069kN m對(duì)于抗力而言'R(t=R*(t1m(1+ 2R=24318.84 1n(1+0.11532=23

6、350.3'R(t=R*(t1-1nR*(t+1nR(t1n(1+ 2R0=609565.2計(jì)算的可靠度指標(biāo)= 'R(t- G- 'Q(t 'R(t2+ 2G+ 'Q(t2=38.4利用自編程序循環(huán)計(jì)算幾次后可以得到 =8.41。為了進(jìn)一步了解變量對(duì)可靠指標(biāo)的影響程度,改變恒載變量的變異系數(shù),其它變量的變異系數(shù)不變,依次取值0.1,0.15,1.2,0.25。對(duì)于每一變異系數(shù),分別計(jì)算墩頂截面的可靠指標(biāo)。表1 不同變異系數(shù)與可靠度指標(biāo)對(duì)照表從上述分析結(jié)果中可以看出,跨廣珠西線(xiàn)特大橋懸臂施工至最大長(zhǎng)度時(shí),墩頂截面的可靠性指標(biāo)比較大,說(shuō)明失效概率比較小,說(shuō)明

7、該結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中是比較安全的。恒載的變異系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性影響比較大,因此,在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸,控制好混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量?？沽Φ谋磉_(dá)式中包括材料性能參數(shù)和幾何參數(shù),根據(jù)資料,幾何參數(shù)的不定性較小,因而其變異性對(duì)可靠指標(biāo)影響很小。因此在這里忽略幾何參數(shù)的影響,考慮材料性能參數(shù)混凝土軸壓強(qiáng)度不定性變量k M h、鋼筋強(qiáng)度不定性變量k M g和計(jì)算模式不定性變量k p,負(fù)彎矩失效模式下構(gòu)件實(shí)際抗力可表示為: R S=k p M=k pk M h (tR a bx(h0-x/2+k M g R'g A'g(h0-a'g+k M g ys A'y(h0-

8、a'y+R a(b i-bh i (h0-h i/2功能函數(shù)中不定性變量k p,k M h,k M g的統(tǒng)計(jì)參數(shù)根據(jù)交通部 公路橋梁可靠度研究 課題組發(fā)布的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:表2 不定性變量kp,kM h,kM g的統(tǒng)計(jì)參數(shù)變量平均值 標(biāo)準(zhǔn)值 變異系數(shù)kpkM hkM g本文根據(jù)一次二階矩法計(jì)算得到施工至8號(hào)梁段時(shí),即懸臂施工至最長(zhǎng)時(shí)負(fù)彎矩失效模式下各梁段的可靠性指標(biāo)見(jiàn)下表。表3 負(fù)彎矩失效模式下各梁段的可靠指標(biāo)梁段號(hào)1#2#3#4#5#6#7#8#3 結(jié)論橋梁結(jié)構(gòu)在施工期進(jìn)行可靠性分析是安全施工的重要措施。通過(guò)建立最大懸臂施工階段墩頂截面彎矩失效模式的功能函數(shù),結(jié)果表明跨廣珠西線(xiàn)特大橋懸臂施工是安全的,也反映了鋼筋質(zhì)量、混凝土原材料與配合比、預(yù)應(yīng)力張拉精度對(duì)施工安全的影響。參考文獻(xiàn)1張建仁.公路工程結(jié)構(gòu)可靠度理論及其應(yīng)用M.北京:人民交通出版社,1995.靠性分析J.中南公路工程,2003,3.3佟曉利.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期可靠性研究D.大連:大連理工大學(xué),199