第四章 施工階段變截面曲線剛構(gòu)空間

第四章施工階段變截面曲線剛構(gòu)空間分析與直線橋梁相比，預(yù)應(yīng)力混凝土曲線橋線形控制有顯著的不同。在懸臂施工過程中，對(duì)只有豎向位移和撓曲角位移地直線橋而言，只需設(shè)豎向預(yù)拱度就可以了。但對(duì)于具有三個(gè)線位移和三個(gè)角位移的曲線橋，預(yù)留位移在施工中如何實(shí)施，是個(gè)難度較高的技術(shù)問題。對(duì)于曲線橋，由于彎扭耦合效應(yīng)，懸臂施工時(shí)箱梁截面在預(yù)應(yīng)力、自重以及其它施工荷載的共同作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角過大，即箱梁橫截面左右撓度差值不能忽略時(shí)，須設(shè)置扭轉(zhuǎn)預(yù)拱度。同時(shí)，曲率影響還使高墩產(chǎn)生徑向位移，這對(duì)于墩身豎直度及平面線性的控制也有一定的影響，因此須對(duì)橋墩和主梁設(shè)置徑向預(yù)偏位。曲線橋的線形控制要比一般懸臂施工的直線橋更重要也更復(fù)雜，所以對(duì)懸臂施工階段的曲線橋進(jìn)行空間變形分析是有必要的。對(duì)于采用懸臂澆注施工的曲線剛構(gòu)橋來說，以往的桿件內(nèi)力分析方法不能體現(xiàn)其截面上應(yīng)力的空間分布，并且施工過程結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生多次轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化比較復(fù)雜，使得變截面連續(xù)曲線橋空間應(yīng)力分布規(guī)律的研究變得十分重要，以獲得對(duì)此類橋梁設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控等方面的一些認(rèn)識(shí)和建議。本節(jié)仍采用3.1節(jié)所述模型進(jìn)行懸臂階段分析，考慮100m、300m、620m半徑以及直橋等四種情況，墩高為75m、50m、25m，分析變截面曲線箱梁橋在懸臂施工過程中的受力性能。在懸臂施工階段，除臨時(shí)施工荷載外，T構(gòu)主要承受自重和預(yù)應(yīng)力作用，對(duì)自重進(jìn)行分析時(shí)，最大懸臂階段是應(yīng)力最不利工況，因此計(jì)算取懸臂最長工況進(jìn)行，計(jì)算荷載為箱梁自重。4.1平面彎曲對(duì)懸臂澆注階段混凝土自重效應(yīng)的影響在懸臂階段，曲線梁為靜定的T構(gòu)，在承受均布豎向荷載作用下內(nèi)力為：（4—1）圖4-1沿梁軸均布荷載作用下曲線懸臂梁可以看出，當(dāng)懸臂圓心角小于90度時(shí)，曲線懸臂梁根部所受的內(nèi)力隨懸臂伸長逐漸增大；從懸臂端部到懸臂根部，曲線梁內(nèi)力中的彎矩、扭矩與圓心角存在單調(diào)遞增函數(shù)關(guān)系，在豎向荷載作用下，只存在曲線平面外方向的內(nèi)力，沒有平面內(nèi)的耦合內(nèi)力。4.1.1正應(yīng)力圖4-2300m半徑懸臂T構(gòu)頂板正應(yīng)力云圖（單位：Pa）圖4-3620半徑懸臂T構(gòu)頂板正應(yīng)力云圖（單位：Pa）圖4-43L/4懸臂處頂板正應(yīng)力圖4-53L/4懸臂處底板正應(yīng)力圖4-6L/4懸臂處頂板正應(yīng)力圖4-7L/4懸臂處底板正應(yīng)力圖4-8懸臂根部頂板正應(yīng)力圖4-9懸臂根部底板正應(yīng)力由圖4-2～9中可以看出：自重作用下，曲線懸臂梁產(chǎn)生負(fù)彎矩和扭矩，箱梁頂板上邊緣截面正應(yīng)力絕大部分為拉應(yīng)力，底板下邊緣正應(yīng)力為壓應(yīng)力，但是由于扭矩的影響，應(yīng)力在橫截面上的分布是不均勻的；隨著半徑的減小，截面正應(yīng)力分布的不均勻程度將加大，這顯示出曲線箱梁隨曲率的增加，其彎扭耦合效應(yīng)相應(yīng)增大。4.1.2豎向位移圖4-10～15顯示出在自重作用下，半徑分為100米、300米、620米以及直橋時(shí)，上述懸臂梁在施工階段的截面橫向撓度曲線，每個(gè)截面均顯示了不同墩高下的變形。圖4-1075m墩高T構(gòu)懸臂端頂板豎向位移圖4-1150m墩高T構(gòu)懸臂端頂板豎向位移圖4-1225m墩高T構(gòu)懸臂端頂板豎向位移圖4-1375m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板豎向位移圖4-1450m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板豎向位移圖4-1525m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板豎向位移從圖中可以看出：在同一墩高情況下，曲率半徑愈小，懸臂曲梁豎向位移愈大，箱梁內(nèi)外緣高差愈大；在相同曲率半徑情況下，墩身越高，懸臂端部豎向位移愈大，內(nèi)外緣高差愈明顯。自重作用下，曲線懸臂梁產(chǎn)生彎矩和扭矩，懸臂梁體向曲線內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)，造成主梁內(nèi)側(cè)低、外測(cè)高，同時(shí)使得曲線梁比相同跨徑直線梁的撓度大。墩身越高，則抗彎剛度越小，扭矩作用在墩頂部位，使得墩身產(chǎn)生向內(nèi)弧偏轉(zhuǎn)的變形越大，帶動(dòng)懸臂梁產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)；而墩身自重也會(huì)使自身產(chǎn)生壓縮變形，墩身越高，壓縮變形越大，使整個(gè)懸臂梁產(chǎn)生較大向下平移，這也是懸臂梁豎向位移增大的一個(gè)因素。從懸臂梁在自重作用下的變形來看，高墩起了放大因子的作用。在貓坑溪大橋620m曲率半徑情況下，墩高對(duì)豎向變形的影響是有限的，墩高從25m增加到75m時(shí)，懸臂端豎向變形增加了0.5cm。4.1.3徑向位移自重作用下，曲線箱梁T構(gòu)上部結(jié)構(gòu)重心偏向內(nèi)弧一側(cè)，由此墩身承受較大的橫向彎矩，使得T構(gòu)墩身產(chǎn)生偏向圓心的側(cè)彎，并帶動(dòng)主梁產(chǎn)生向平曲線內(nèi)側(cè)的偏位。圖4-16～21為相同跨徑，不同墩高、不同半徑的T構(gòu)懸臂根部徑向位移比較圖：圖4-1675m墩高T構(gòu)懸臂端部頂板徑向位移圖4-1750m墩高T構(gòu)懸臂端部頂板徑向位移圖4-1825m墩高T構(gòu)懸臂端部頂板徑向位移圖4-1975m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板徑向位移圖4-2050m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板徑向位移圖4-2125m墩高T構(gòu)懸臂根部頂板徑向位移從這些圖中可以看出：半徑越小，箱梁自重重心偏離墩身軸線的距離越大，墩身所受橫橋向彎矩越大，產(chǎn)生的側(cè)向水平位移就越大；墩身越高，T構(gòu)其側(cè)向抗彎剛度就越小，相同橫橋向彎矩作用下引起墩身側(cè)向位移也越大。徑向位移主要是由墩身側(cè)彎引起的，也可由結(jié)構(gòu)力學(xué)公式建立起徑向位移與墩高和懸臂圓心角的函數(shù)關(guān)系：圖22徑向位移計(jì)算示意圖假定懸臂梁為等截面桿件，自重系數(shù)為g,則墩頂所受側(cè)向彎矩為則把T構(gòu)墩身看成根部固結(jié)頂部自由的懸臂梁，則徑向位移為可以看出此徑向位移與墩高的平方、墩頂處箱梁所受扭矩成正比例關(guān)系。從本計(jì)算模型來看，墩高對(duì)懸臂T構(gòu)徑向偏位的影響不能忽略。在最大懸臂時(shí)，貓坑溪大橋T構(gòu)向曲線內(nèi)側(cè)徑向偏位約為2cm，必須重視主梁軸線位置和主墩墩身垂直度控制的問題。4.1.4扭轉(zhuǎn)角在彎扭耦合作用下，懸臂階段的箱梁除產(chǎn)生撓曲外，還要產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，圖4-23～25顯示了不同曲率半徑不同墩高T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角沿懸臂縱向的分布規(guī)律。圖4-2375m墩高T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角沿縱橋向的分布圖4-2450m墩高T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角沿縱橋向的分布圖4-2525m墩高T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角沿縱橋向的分布從圖中可以看出：在相同墩高情況下，扭轉(zhuǎn)角隨著曲率半徑的減小而增大；在相同曲率半徑情況下，扭轉(zhuǎn)角隨墩高的增加而增大。墩身高度已成為影響結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形大小的重要因素，由于上部曲線箱梁產(chǎn)生的扭矩由墩身承受，由此引起高墩側(cè)向彎曲，并在墩頂處產(chǎn)生側(cè)向彎曲轉(zhuǎn)角，使得懸臂產(chǎn)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得主梁懸臂扭轉(zhuǎn)角增加了一個(gè)附加轉(zhuǎn)角。主梁的扭轉(zhuǎn)可由三部分組成,其一為主梁自身扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生，其次為墩頂處彎曲附加扭轉(zhuǎn)角，另外由于幾何因素，懸臂曲梁的向下豎向彎曲也會(huì)使梁體產(chǎn)生外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的變形。其中前兩個(gè)因素引起的扭轉(zhuǎn)方向相同，均是內(nèi)側(cè)低外側(cè)高，第三個(gè)因素引起的扭轉(zhuǎn)方向相反。對(duì)于固定墩高、跨長、半徑的T構(gòu)，其扭轉(zhuǎn)角由根部向懸臂端逐漸增加，接近半懸臂長時(shí)達(dá)到最大，隨后逐漸減少；以往一般認(rèn)為扭轉(zhuǎn)角由懸臂根部向端部逐漸增加，計(jì)算結(jié)果顯示，扭角的最大值不在懸臂端部，而是在距離懸臂端一段距離后。扭轉(zhuǎn)角的最大點(diǎn)位置不但與懸臂長有關(guān)，而且還與主梁的彎扭剛度比有關(guān)。從上面分析可以看出，扭轉(zhuǎn)角從半懸臂到端部逐漸減小，是由于上面分析的第三個(gè)因素引起的。從幾何來看，距離懸臂根部越遠(yuǎn)，豎向彎曲引起的曲梁內(nèi)外側(cè)偏差越大。在曲率半徑為300m以上時(shí)，懸臂上扭轉(zhuǎn)角分布曲線趨于均勻，并與墩頂處扭轉(zhuǎn)角相差不多，這說明主梁的扭轉(zhuǎn)成分中由墩頂彎曲引起的附加轉(zhuǎn)角占主要地位，由于曲率半徑較大，主梁自身的扭轉(zhuǎn)和豎向彎曲引起的幾何因素扭轉(zhuǎn)相對(duì)較小。4.2平面彎曲對(duì)懸澆預(yù)應(yīng)力束張拉效應(yīng)的影響大跨度混凝土橋梁必須采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能保證結(jié)構(gòu)在正常使用階段的抗裂性要求，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本思想是利用預(yù)應(yīng)力以抵消外荷載所引起的截面應(yīng)力，對(duì)于曲線梁橋來說，曲率對(duì)預(yù)應(yīng)力是否有很大影響是設(shè)計(jì)大跨度預(yù)應(yīng)力彎橋的所必須關(guān)心的問題，設(shè)計(jì)者往往希望預(yù)應(yīng)力在抵抗外彎矩的同時(shí)也希望對(duì)扭矩有一定的貢獻(xiàn)。在一般曲線橋設(shè)計(jì)中，通常會(huì)配置橫向?qū)ΨQ預(yù)應(yīng)力鋼束來首先抵抗彎矩，然后在應(yīng)力檢驗(yàn)不滿足的情況下增設(shè)預(yù)應(yīng)力束或普通預(yù)應(yīng)力筋抵抗扭矩。按照曲桿理論，而根據(jù)E.A.B.SALSE推導(dǎo)的曲梁預(yù)應(yīng)力初內(nèi)力公式，通常認(rèn)為對(duì)稱截面的曲線靜定梁在橫橋向?qū)ΨQ預(yù)加力作用下是不會(huì)產(chǎn)生扭矩的，應(yīng)力應(yīng)完全對(duì)稱于橫截面。實(shí)際上述結(jié)論是在忽略曲線內(nèi)外側(cè)預(yù)應(yīng)力束長度不等及不計(jì)截面本身變形的情況下獲得的。在本文2.2節(jié)中，作者根據(jù)姚玲森改進(jìn)的E.A.B.SALSE初內(nèi)力公式，推導(dǎo)了對(duì)稱配筋的靜定曲梁理論上是可以產(chǎn)生扭矩的，并且在其他條件不變時(shí)，扭矩隨曲率增大而增大，隨預(yù)應(yīng)力鋼束橫向偏心的增大而增大。在E.A.B.SALSE公式推導(dǎo)中，忽略了力筋偏心對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，認(rèn)為可以把對(duì)稱預(yù)應(yīng)力鋼束合并后放在箱梁中心上，在曲率半徑較大時(shí)這種近似算法誤差不大，但在小曲率半徑的寬梁橋中，預(yù)應(yīng)力橫向偏心較大的情況下，忽視預(yù)應(yīng)力效應(yīng)產(chǎn)生的扭矩會(huì)帶來不利的影響。在文獻(xiàn)[1]中范偉利用空間實(shí)體單元模擬懸臂曲梁，利用對(duì)空間桿單元施加初應(yīng)變方法模擬預(yù)應(yīng)力束，分析曲率對(duì)懸澆預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力在橫截面上是不對(duì)稱的；并且隨著半徑的減小，橫向分布不均勻幅度增大。本節(jié)分析曲率對(duì)預(yù)應(yīng)力作用下懸臂曲線箱梁的性能影響，由于懸臂施工階段結(jié)構(gòu)為靜定體系，且懸臂上只受負(fù)彎矩，目前設(shè)計(jì)中通常只配置頂板預(yù)應(yīng)力束和豎向預(yù)應(yīng)力。本節(jié)針對(duì)4.1節(jié)所述模型進(jìn)行懸臂施工階段預(yù)應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行分析，在箱梁腹板中心線與頂板中心線的交點(diǎn)上布置預(yù)應(yīng)力鋼束，沿T構(gòu)通長布置，預(yù)應(yīng)力鋼束使用高強(qiáng)度低松弛270級(jí)鋼絞線Φj15.24-19（錨下控制張拉應(yīng)力為1395Mpa,張拉力為3711KN），每根鋼絞線公稱直徑15.24mm,公稱面積140mm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為Rby=1860Mpa,兩端張拉，所有預(yù)應(yīng)力筋均布置在頂板內(nèi)，忽略其齒板錨固處豎彎影響。懸臂箱梁利用空間板單元shell63模擬，預(yù)應(yīng)力束利用空間桿單元link8模擬，桿單元和板單元在相連的節(jié)點(diǎn)耦合，位移協(xié)調(diào)，對(duì)桿單元設(shè)置初應(yīng)變可以準(zhǔn)確地模擬預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。4.2.1正應(yīng)力圖4-26、4-27顯示了曲梁頂板在預(yù)應(yīng)力作用下頂板的正應(yīng)力，從圖中可以看出，頂板應(yīng)力基本均勻分布，曲線造成的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力并不大。圖4-26300m半徑T構(gòu)頂板正應(yīng)力云圖（單位：Pa）圖4-27620m半徑T構(gòu)頂板正應(yīng)力云圖（單位：Pa）圖4-28～31顯示了3L/4懸臂及根部截面頂?shù)装逭龖?yīng)力在橫斷面上的分布：圖4-283L/4懸臂處頂板正應(yīng)力圖4-293L/4懸臂處底板正應(yīng)力圖4-30懸臂根部頂板正應(yīng)力圖4-31懸臂根部底板正應(yīng)力從圖中可以看出：在對(duì)稱布置預(yù)應(yīng)力束作用下，T構(gòu)頂板大部分區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力，底板大部分區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力；與直線橋相比，曲線橋應(yīng)力分布出現(xiàn)近似“內(nèi)側(cè)加載，外側(cè)卸載”現(xiàn)象，曲線懸臂梁頂板內(nèi)弧側(cè)壓應(yīng)力大于外弧側(cè)應(yīng)力，底板內(nèi)弧側(cè)拉應(yīng)力也大于外弧側(cè)應(yīng)力，并且曲率半徑愈小，此差異愈大。從2.2章節(jié)分析可以看出，對(duì)稱布置預(yù)應(yīng)力束作用在靜定基本結(jié)構(gòu)中，不產(chǎn)生扭矩的充要條件是，在等截面曲線梁中配置對(duì)稱無豎彎預(yù)應(yīng)力束，不產(chǎn)生初扭矩。此條件不滿足時(shí)，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生扭矩，扭矩?cái)?shù)值上與曲率半徑、力筋橫斷面偏心(h)大小有關(guān)；在大曲率半徑情況下，力筋橫斷面偏心影響比較小，對(duì)稱配筋下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩可以忽略，而在小曲率半徑下，箱梁橫斷面上應(yīng)力差異比較明顯。從圖中可以看出，曲率半徑在300m以上時(shí),橫斷面應(yīng)力曲線與直橋相差不多，忽略預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的初扭矩不會(huì)產(chǎn)生大的誤差。4.2.2豎向位移圖4-32懸臂端部頂板豎向位移圖4-33L/2懸臂處頂板豎向位移圖4-34頂板豎向位移沿懸臂縱向的變化從圖中可以看出：預(yù)應(yīng)力鋼束作用下，無論直線懸臂箱梁還是曲線懸臂箱梁均呈現(xiàn)一定的上拱，但是曲線梁的外弧一側(cè)的上拱值要比內(nèi)弧一側(cè)大，說明截面存在扭轉(zhuǎn)變形，并且曲率半徑愈小，內(nèi)外弧差值愈明顯，這是因?yàn)閷?duì)稱預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生了初扭矩，促使梁體偏向曲線內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)，結(jié)果使內(nèi)弧降低外弧抬高。曲線梁頂、底板橫斷面中心處的向上豎向位移比要比直橋相應(yīng)位置小一些，曲率半徑愈小，相差也愈大；從懸臂端到懸臂根部，主梁豎向位移逐漸減小，內(nèi)外弧豎向位移差值逐漸減小。這是由于曲線橋中，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的初彎矩受彎扭耦合效應(yīng)的影響，一部分轉(zhuǎn)化為初扭矩，其數(shù)值要小于相應(yīng)的直線橋，折減程度與曲率有關(guān)。4.2.3扭轉(zhuǎn)角圖4-35在對(duì)稱配置懸澆束作用下扭轉(zhuǎn)角沿縱橋向分布從圖中可以看出，在對(duì)稱配置頂板預(yù)應(yīng)力束作用下，懸臂T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角從根部到端部逐漸增大，并在懸臂端部達(dá)到最大值，這與自重作用下的T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角分布規(guī)律不同；曲率半徑愈小，扭轉(zhuǎn)角愈大，不同半徑下的懸臂T構(gòu)扭轉(zhuǎn)角分布規(guī)律是相似的，這也證明了對(duì)稱配置預(yù)應(yīng)力束作用下的靜定結(jié)構(gòu)，存在扭矩，主梁發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。這也與上節(jié)分析的應(yīng)力結(jié)果吻合。對(duì)變截面靜定曲線T構(gòu)來說，即使配置對(duì)稱無豎彎曲線的懸澆預(yù)應(yīng)力束，也會(huì)存在初扭矩，并且此初扭矩與曲率半徑的平方成反比，與平面內(nèi)力筋偏離箱梁形心線的距離存在非線形函數(shù)關(guān)系(見2.4章節(jié)推導(dǎo))。在大曲率半徑情況下，此扭矩很小，相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)變形也較小，以至于利用桿件力學(xué)分析時(shí)可以忽略其影響。以前的學(xué)者普遍認(rèn)為對(duì)稱配置預(yù)應(yīng)力束僅抗彎，不抗扭是不準(zhǔn)確的，事實(shí)上，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的初扭矩促使懸臂T構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)弧低外弧高的變形，其扭轉(zhuǎn)方向與懸澆自重作用下一致，應(yīng)該引起足夠的重視。在貓坑溪大橋曲率半徑為620m、腹板間距為7m時(shí)，在懸臂端懸澆預(yù)應(yīng)力效應(yīng)產(chǎn)生的最大扭轉(zhuǎn)角為0.0005，箱梁內(nèi)外邊緣高差約為0.6cm，而豎向變形為25.5cm,可見此時(shí)預(yù)應(yīng)力引起的扭轉(zhuǎn)變形與豎向上拱相比，所占比例很小。4.2.4徑向位移圖4-36～40為不同曲率半徑的T構(gòu)徑向位移比較圖：圖4-36懸臂端部頂板徑向位移圖4-37懸臂端部底板徑向位移圖4-38L/2懸臂處頂板徑向位移圖4-39L/2懸臂處底板徑向位移圖4-40頂板徑向位移沿縱橋向的變化從圖中可以看出：曲線懸臂頂板向平曲線內(nèi)側(cè)偏移，底板則向外側(cè)偏移，這是因?yàn)閼冶巯淞涸陬A(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的初扭矩作用下偏向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)，在水平面投影便會(huì)顯示出頂板向內(nèi)偏移，底板向外偏移。從縱橋向分布圖來看，從懸臂端部到根部，頂板區(qū)域均是向內(nèi)側(cè)偏移，并且數(shù)值愈來愈?。黄浞植记€同扭轉(zhuǎn)角曲線相似，這反過來也證明徑向位移與扭轉(zhuǎn)角存在線性函數(shù)關(guān)系，扭轉(zhuǎn)變形愈大，相應(yīng)的梁體徑向偏位也愈大。在大曲率半徑下，對(duì)稱配筋的懸臂曲線梁本身扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不明顯，徑向位移從數(shù)值上看是比較小的。在貓坑溪大橋計(jì)算模型下，頂板徑向位移量只有1.2mm，此時(shí)對(duì)稱懸澆預(yù)應(yīng)力束引起的徑向位移可以忽略不計(jì)。4.3平面彎曲對(duì)合龍預(yù)應(yīng)力束的影響預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁剛構(gòu)采用懸臂澆筑方法時(shí)需在施工過程中進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，即在懸臂施工時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)呈T形剛構(gòu)，到最大懸臂節(jié)段后，澆注合龍段，養(yǎng)護(hù)到達(dá)強(qiáng)度后張拉合龍預(yù)應(yīng)力束形成連續(xù)體系。合龍預(yù)應(yīng)力張拉后，預(yù)應(yīng)力效應(yīng)將作用在連續(xù)剛構(gòu)體系上，其受力規(guī)律與施工階段不同。為分析張拉合龍預(yù)應(yīng)力筋對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響規(guī)律，本小節(jié)仍以4.1小節(jié)的模型通過空間預(yù)應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行分析。建立半徑100m、300m、620m的曲線橋以及相應(yīng)跨徑直線橋模型，模擬混凝土澆筑后張拉合龍預(yù)應(yīng)力束的情況，不考慮懸臂施工預(yù)應(yīng)力筋和混凝土自重的影響。合龍預(yù)應(yīng)力束底板布置10束，預(yù)應(yīng)力鋼束使用采用高強(qiáng)度低松弛270級(jí)鋼絞線Φj15.24-19（錨下控制張拉應(yīng)力為1395Mpa，張拉力為3711KN），每根鋼鉸線公稱直徑15.24mm,公稱面積140mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為Rby=1860Mpa，兩端張拉。4.3.1正應(yīng)力圖4-41、4-42顯示了在邊跨合龍預(yù)應(yīng)力束作用下箱梁頂、底板的應(yīng)力分布圖。圖4-56～61顯示了邊跨合龍段、邊跨跨中、四分點(diǎn)截面應(yīng)力沿橫斷面的分布規(guī)律。圖4-41r300半徑下頂板正應(yīng)力圖（單位：Pa）圖4-42r300半徑下底板正應(yīng)力圖（單位：Pa）從頂板、底板應(yīng)力分布云圖可以看出：合龍預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的應(yīng)力曲線內(nèi)外側(cè)明顯不對(duì)稱。圖4-43邊跨跨合龍段頂頂板正應(yīng)力力圖4-444邊跨合龍龍段底板正正應(yīng)力圖4-45邊跨跨跨中頂板正正應(yīng)力圖4-46邊跨跨中中底板正應(yīng)應(yīng)力圖4-47L//4邊跨處頂頂板正應(yīng)力力圖4-488L/44邊跨處底底板正應(yīng)力力頂板正應(yīng)力橫向向分布的不不均勻性隨隨半徑的減減小而增大大；在對(duì)稱稱配置底板板預(yù)應(yīng)力束束情況下，曲曲線內(nèi)側(cè)邊邊緣應(yīng)力大大于外側(cè)邊邊緣應(yīng)力，其其應(yīng)力均值值要小于直直線橋?qū)?yīng)應(yīng)斷面應(yīng)力力，合龍預(yù)預(yù)應(yīng)力束效效應(yīng)受邊界界約束影響響，產(chǎn)生次次內(nèi)力彎矩矩和扭矩，預(yù)預(yù)應(yīng)力的總總效應(yīng)是由由初內(nèi)力和和次內(nèi)力疊疊加而成。從從應(yīng)力分布布圖來看，邊邊墩至1/4跨附近（即即合龍預(yù)應(yīng)應(yīng)力分布范范圍內(nèi)）頂頂板產(chǎn)生一一定的拉應(yīng)應(yīng)力，向邊邊跨根部方方向逐漸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)應(yīng)力，并在在邊跨跨中中附近壓應(yīng)應(yīng)力達(dá)到最最大，邊墩墩至1/4跨附近底底板產(chǎn)生較較大壓應(yīng)力力，并向中中跨方向逐逐漸減小，邊邊跨跨中至至邊跨根部部底板出現(xiàn)現(xiàn)少量的拉拉應(yīng)力。合合龍階段的的連續(xù)束使使曲梁產(chǎn)生生的預(yù)應(yīng)力力效應(yīng)明顯顯與懸臂施施工階段不不同。根據(jù)曲桿中預(yù)應(yīng)應(yīng)力效應(yīng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)化分析，在在等截面上上對(duì)稱布置置的預(yù)應(yīng)力力束不產(chǎn)生生扭矩，但但是在超靜靜定結(jié)構(gòu)中中，預(yù)應(yīng)力力產(chǎn)生次內(nèi)內(nèi)力。在直直橋情況下下只有次彎彎矩完全作作用在主梁梁上，而在在曲線橋中中彎矩的一一部分轉(zhuǎn)化化為扭矩，因因此直橋彎彎曲應(yīng)力大大于曲線橋橋平均值。曲曲率半徑越越小，曲線線橋應(yīng)力平平均值越小小，內(nèi)外側(cè)側(cè)應(yīng)力分布布越不均勻勻。彎橋后后期預(yù)應(yīng)力力與直橋的的這種差別別，在設(shè)計(jì)計(jì)中必須引引起注意。4.3.2位移移圖4-49邊跨合合龍預(yù)應(yīng)力力張拉后豎豎向位移圖圖（單位：m）a.豎向位移圖4-50邊跨跨合龍段頂頂板豎向位位移圖4-51未合龍懸懸臂端部頂頂板豎向位位移圖4-50、4--51顯示了合合龍跨跨中中截面的豎豎向位移沿沿截面橫向向的變化曲曲線.從圖中可可以看出：：合龍預(yù)應(yīng)應(yīng)力使得邊邊跨合龍段段附近明顯顯上拱，中中跨未合龍龍懸臂產(chǎn)生生向下的豎豎向位移，同同時(shí)，可以以看到合龍龍預(yù)應(yīng)力引引起的橋墩墩次反力矩矩使得梁體體產(chǎn)生一定定的扭轉(zhuǎn)。相相鄰跨懸臂臂端的位移移完全由懸懸臂的剛體體轉(zhuǎn)動(dòng)造成成，合龍預(yù)預(yù)應(yīng)力作用用下墩頂產(chǎn)產(chǎn)生向邊跨跨的偏移，墩墩頂截面出出現(xiàn)一定的的彎曲和扭扭轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)了主跨懸懸臂的變形形。由于曲曲率的影響響，合龍預(yù)預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)產(chǎn)生的墩頂頂彎曲角減減小，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角增大，因因此懸臂端端的位移隨隨半徑的減減小而減小小，但是內(nèi)內(nèi)外弧的高高差增大。b.徑向位移圖4-52～533顯示了中中跨未合龍龍懸臂端及及墩頂處截截面的徑向向位移分布布。圖4-52未合合龍懸臂端端部頂板上上邊緣徑向向位移圖4-53墩頂處箱箱梁頂板上上邊緣徑向向位移圖4-54徑向位位移沿縱橋橋向分布圖圖在合龍預(yù)應(yīng)力分分布范圍內(nèi)內(nèi)，箱梁產(chǎn)產(chǎn)生偏向圓圓心的徑向向位移；而而受預(yù)應(yīng)力力產(chǎn)生的次次內(nèi)力影響響，合龍預(yù)預(yù)應(yīng)力使得得墩頂截面面及相鄰跨跨懸臂端部部產(chǎn)生了偏偏離圓心的的徑向位移移，并受曲曲率的影響響，徑向位位移隨半徑徑的減小而而增大。由由于懸臂受受剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的放大作作用，主跨跨側(cè)徑向位位移要大于于邊跨段?？偪傮w來說，相相對(duì)于豎向向位移，合合龍預(yù)應(yīng)力力產(chǎn)生的徑徑向位移非非常小，基基本可以忽忽略。c.扭轉(zhuǎn)角圖4-55邊跨跨合龍預(yù)應(yīng)應(yīng)力束作用用下扭轉(zhuǎn)角角沿縱橋向向的變化合龍預(yù)應(yīng)力筋張張拉時(shí)會(huì)引引起合龍段段附近梁體體上拱，并并伴有扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生，同同時(shí)還會(huì)引引起未合龍龍中跨懸臂臂的空間位位移，給將將來中跨的的合龍帶來來影響，在在施工控制制中必須引引起注意。未未合龍中跨跨懸臂的扭扭轉(zhuǎn)主要是是由合龍預(yù)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生生的墩頂次次反力矩引引起的，墩墩頂箱梁產(chǎn)產(chǎn)生彎曲轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角，帶動(dòng)動(dòng)未合龍懸懸臂產(chǎn)生剛剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，從從而使得懸懸臂端部也也會(huì)有較大大的扭轉(zhuǎn)角角產(chǎn)生。4.4二期恒恒載的變位位影響全橋合龍后，施施加橋面鋪鋪裝等二期期恒載，等等效于沿橋橋面施加均均布荷載，結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和和位移分布布與成橋狀狀態(tài)下自重重效應(yīng)相似似，見第三三章分析。仍仍取3.1節(jié)介紹的的模型，曲曲率半徑取取620mm,墩高75m,,按32500N/m2施加二期期恒載進(jìn)行行計(jì)算分析析。圖4-56內(nèi)外外緣豎向位位移沿縱橋橋向分布（620m半徑）在二期恒載作用用下，曲線線剛構(gòu)中跨跨跨中產(chǎn)生生2cm左右的豎豎向位移，從從上圖中看看，箱梁內(nèi)內(nèi)外緣豎向向位移縱橋橋向分布曲曲線幾乎重重合，說明明在620m半徑、75m墩高情況況下，二期期恒載作用用下主梁產(chǎn)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變位很小小，可以忽忽略不計(jì)。4.5本章小結(jié)結(jié)懸澆自重效應(yīng)：：a在懸臂施施工階段，自自重作用下下，懸臂曲曲梁頂?shù)装灏宓膽?yīng)力橫橫向不對(duì)稱稱，曲率愈愈大應(yīng)力內(nèi)內(nèi)外側(cè)差異異愈大。b曲率愈大、墩身身愈高，懸懸臂曲梁的的豎向變形形愈大，箱箱梁內(nèi)外緣緣高差也愈愈大。扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角可由三三部分組成成,其一為主主梁自身扭扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生，其其次為墩頂頂處彎曲使使懸臂曲梁梁產(chǎn)生附加加扭轉(zhuǎn)角，第第三由于幾幾何曲率影影響，懸臂臂曲梁的豎豎向彎曲也也會(huì)使梁體體產(chǎn)生外側(cè)側(cè)高內(nèi)側(cè)低低的變形，與與前兩者扭扭轉(zhuǎn)方向相相反。c徑向位移主要是是由墩身側(cè)側(cè)彎引起，其其數(shù)值與墩墩高的平方方、墩頂處處箱梁所受受扭矩成正正比例關(guān)系系。對(duì)貓坑溪大大橋2號(hào)墩，其其墩高為75.4米，曲率率半徑為620米，在最最大懸臂狀狀態(tài)時(shí)梁體體向曲線內(nèi)內(nèi)側(cè)偏移2cm，必須在在施工控制制中考慮梁梁體軸線及及墩身垂直直度問題。(2)懸澆預(yù)應(yīng)應(yīng)力效應(yīng)：：a在對(duì)稱配配置預(yù)應(yīng)力力束情況下下，懸臂曲曲梁應(yīng)力分分布也出現(xiàn)現(xiàn)近似“內(nèi)側(cè)加載載，外側(cè)卸卸載”現(xiàn)象，并并且曲率半半徑愈小，