大悬臂箱梁桥施工过程受力计算及监控分析

裴辉腾 刘蕙婷 吴婷婷

（1.江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330002；2.江西省高速集团项目建设管理公司，江西 南昌 330038）

箱梁桥由于抗弯、抗扭承载能力高，结构稳定性好，在公路桥梁中有着广泛的应用。大悬臂箱梁是一种通过施加横向预应力和横向加劲肋提高箱梁横向承载能力，从而悬臂长度大大增加的一种结构；与传统的混凝土箱梁相比，大悬臂箱梁可显著减小上部结构自重和下部结构的负载，可有效降低工程造价。悬臂加大后，桥上空间更加开阔，桥下可与门式墩、花瓶墩及方形薄壁墩等过渡组合，桥梁造型相对更加轻巧灵动，在城市桥梁中有较好的应用前景。

一、工程概况

弋阳大桥主桥为大悬臂预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为（50+2×80+50）m，主梁截面为单箱三室型，顶宽35m，底宽19m；悬臂长8m，中箱宽3.5m，边箱宽7.75m，跨中梁高2.5m，根部梁高5.2m。由于悬臂板长达8m，为满足横向受力要求，悬臂板下设置加劲肋，加劲肋间距3m～4m。

二、有限元仿真分析

采用midas-civil软件建立全桥杆系模型，模拟了节段悬浇、节段预应力钢束张拉、施工挂篮迁移等多个工况；模型中采用程序自带的重力场模块模拟结构自重，节段浇筑及挂篮荷载效应通过单个集中力与力偶模拟，桥面铺装及栏杆等荷载通过梁单元线形荷载模拟。

针对该项目悬臂长达8m、横向受力较为明显的特点，采用Midas-fea软件建立三维空间模型；根据圣维南原理，在全桥整体模型中提取的内力值作为外加荷载施加于节段模型边界处。

三、施工监控分析

（一）线形监控

1.主梁线形监控方案

在主梁悬臂浇筑过程中，于箱梁混凝土顶、底板位置布设线形测点。其中，顶板测点设置于在悬臂中部、边腹板顶部、各箱室中部，共布置7个测点，在各箱梁中部设置3个测点。

2.主梁线形计算分析

最大悬臂状态下1#主墩两侧主梁悬臂节段梁顶位移的实测值和计算值对比情况，如图1所示，可知弋阳大桥悬臂施工过程中，主梁节段竖向变形计算值与实测值总体吻合，但有部分变形计算值略大于实测值，可能是因为计算时，对箱梁预应力锚固块、悬臂加劲肋、箱梁加腋等构造的简化，削弱了计算截面抗弯刚度。

（二）应力监控

1.主梁应力监控方案

应力监测方案中，选择了主墩根部、跨中、1/4跨等受力不利的断面为测点布设断面。纵向应力测点1～6分别为边腹板上缘、次中腹板上缘、中腹板上缘、悬臂1/2分点、两边箱中上部，编号为1～12；横向应力测点a～d分别为悬臂1/4分点、1/2分点、根部及边箱室中部。

图1 1#主墩顶板位移实测值与计算值

表1 1/4主跨处顶板部分测点纵向应力对比表

表2 1/4主跨处顶板部分测点横向应力对比表

2.主梁应力计算分析

本文以1/4主跨处的应力测点为例，对施工过程中主梁的应力变化实测值和计算值进行比较分析，4-4截面顶板部分测点纵向应力实测值和计算值对比情况，如表1所示。

如表1所示，所选测点在上述工况作用下纵向应力增量为正，这是因为6#节段浇筑工况下对4-4截面处的主梁产生负弯矩效应，该处顶板受拉，底板受压；箱梁测点应力实测值呈“中间小、两边大”的不均匀现象，即中箱梁腹板顶部的2、4、5、7测点的应力增量较箱梁中部的3、6测点要大，且箱梁中室腹板顶部应力较边室顶板应力较大，这主要是剪力滞效应引起的；4-4截面测点的计算和实测值一样应力增量为正，计算值较大于实测值，主要是因为模型仿真计算时存在一定的简化使计算截面抗弯刚度较实际刚度较小，但实测值与计算值总体相差不大、较为吻合。

如表2所示，a～c测点横向应变增量为正，且数字递增，主要是所选测点均位于悬臂上，节段浇筑产生递增的横向负弯矩；d测点对应应力增量为负，因为节段浇筑荷载作用下，d测点所在的箱梁顶板跨中受两侧腹板的约束截面弯矩为正；总体上而言，计算值和实测值反应的受力发展规律和变化趋势一致，计算值稍大于实测值，可能是因为模型计算时未计入横向主筋作用而导致截面抗弯刚度减小导致的。

四、结语

本文制定了弋阳大桥施工过程中应力及线形监控监测方案，对该桥主梁施工过程中受力进行了有限元分析计算，得到以下结论：

1.最大悬臂状态下节段位移实测值与计算值基本吻合，但部分节段竖向位移计算值与实测值相比较大，其原因可能是计算时对预应力锚固齿块、横隔板等结构简化为集中荷载，削弱了计算截面抗弯刚度。

2.箱梁纵向应力测点实测值呈“中间小，两边大”的不均匀分布现象，且箱梁中室腹板顶部应力较边室顶板应力较大，主要是剪力滞效应引起的。

3.箱梁悬臂横向应力测点在节段浇筑工况下应力增量为正，计算值与实测值基本吻合；箱梁顶板跨中测点受两侧腹板的约束，节段浇筑作用下应力增量为负，其中计算值稍大于实测值，可能是因为模型计算时未计入横向主筋作用而导致截面抗弯刚度减小导致。