施工期间预应力混凝土箱梁桥跨跨铰链的挠度外文翻译资料

 2022-08-22 15:27:57

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施工期间预应力混凝土箱梁桥跨跨铰链的挠度

Ahmed Akla,* ,M.Saiid Saiidib,Ashkan Vosooghic

a.美国内加利福尼亚州旧金山的桑顿·托马塞蒂

b.美国内华达州里诺市内华达大学土木与环境工程系

c .AECOM运输公司，美国加利福尼亚萨克拉曼多

摘要

多跨现浇（CIP）后张预应力混凝土（PS）箱梁桥由于后张应力而在铰链处发生向上挠曲（弯曲）。 因此在现场，经常需要调整脚手架高度，以解决卷曲问题并避免颠簸，而颠簸会引起交通安全隐患并造成道路危险。当前估计铰链弯曲的方法通常导致结果与现场测量的结果明显不同，从而导致施工延迟和昂贵的工程变更单。本文提出的研究的主要目的是在几个月的建设过程中测量五座桥梁中十个铰链中跨度铰链及其附近的桥梁挠度，并将结果与当前理论计算得出的结果进行比较。在数据分析的基础上，研究了实测数据与计算数据之间的相关性。 评估了短期和由于使用时间增长而导致的铰链卷曲。现场和理论数据之间的重大差异被观察和量化。该数据用于确定差异的原因和开发新方法以更准确地估计铰链卷曲的。作为本研究的一部分，开发了一种新方法来解决差异的来源。 但是，对新方法的描述超出了当前文章的范围和页数限制。

关键词：桥；挠度；蠕变；施工阶段；脚手架；现场测量；铰链卷后张；预应力混凝土随时间变化

  1. 介绍

现浇（CIP）后张预应力混凝土（PS）箱梁桥在美国西部的公路桥梁中广泛使用。跨距铰链（图1a）用于长桥的上部结构中，以将结构分成较短的框架，以适应由于上部结构中的预应力，温度，蠕变和收缩而引起的水平运动，并减少在柱中产生的应力。 铰链所在的跨度称为铰链跨度，包括短和长悬臂，其中长悬臂支撑在短悬臂上并在铰链处连接（图1b）。 跨度铰链是桥的一个相对复杂的部分，在设计，细节和施工顺序方面需要特别考虑（图2）。

跨距跨距铰链的偏转称为“铰链卷曲”，是指最初由预应力引起的短悬臂向上偏转。在长悬臂加载时，卷曲减小，甚至可能变成向下的偏转。铰链卷曲也受混凝土和预应力钢筋随时间变化的材料性能的影响。

在施工过程中，必须通过调节上部结构的空档来适应铰链的弯曲，以使铰链两侧的凸起高度正确匹配，并避免在道路上发生颠簸，从而造成道路危险。加利福尼亚运输部（Caltrans）给设计师（MTD）的备忘录11-34中介绍的一种现有方法[1]提供了铰链卷曲的估计。该估算显示在桥梁图上，以指导承包商调整脚手架的高度。 现场工程师已经报告了估计的铰链弯曲和实际的铰链弯曲之间的重大差异。图3显示了在施工过程中观察到的桥中铰链卷曲的示例。

CIP/ PS桥梁在施工过程中受到支撑（图4），直到上层建筑达到规定的混凝土强度并且桥梁开始自支撑为止。上层结构通常会弯曲以解决长期变形。 跨度铰链需要适当弯曲，以确保桥架之间的路面光滑，以确保安全舒适。铰链的最终位置受从应力短悬臂转移到长悬臂的反应的时间影响。该时间段通常在30到180天之间，但是在桥梁设计时未知，这取决于实际的施工进度。因此，通常将考虑铰链弯曲的随时间变化的弧度表（向上偏转）作为合同计划的一部分提供。

后张紧后，跨距短的悬臂倾向于向上偏转，直到负载从长悬臂转移。重要的是，在传递负载时，短悬臂的位置应与铰链处的长悬臂的位置匹配。否则，在施工期间必须采取补救措施（图5）以纠正坡度差异。这些措施被称为“工程变更单”，会导致额外的费用和延误。补救工作可能包括在短悬臂上研磨甲板混凝土，在表面粗糙化后在长悬臂上放置聚酯混凝土覆盖层，在施工过程中暂时将短悬臂负载较大的重量以及使用可调节的假接桩顶起长悬臂。 甲板钢筋上的混凝土盖可能会过分减少，使甲板钢筋容易因磨蚀而腐蚀。

混凝土的蠕变和预应力损失是影响铰链弯曲的重要因素。关于混凝土的蠕变和预应力损失已经进行了许多研究，并且已经建立了不同的经验公式来估计这些影响[2-4]。 通常用相对较小样本的测试数据对经验方程进行校准，因为从全尺寸预应力混凝土桥梁长期获得的测量数据非常有限。

在CIP / PS混凝土桥梁上进行的现场调查很少，以监测弯度和预应力损失随时间的变化[5-8]。文献[6]中的现场测量表明，由于基台提供的部分固定性，在常规设计中通常会忽略不计，因此测得的最大挠度约为预测值的一半。其他关于跨度铰链式预应力混凝土桥梁和预应力混凝土梁桥的研究表明，实测挠度与预测挠度之间存在分歧[9-11]。没有关于CIP / PS箱梁桥跨度铰链弯曲任何方面的过去研究的报告。MTD 11-34是唯一可用来描述确定铰链卷曲的方法的文件[1]。

本文提出了以下方面的研究：（1）确定当前估计铰链卷曲的方法是否影响对铰链卷曲的现实估计，（2）量化实际和估计的铰链卷曲之间的差异和趋势，以及（3）找出铰链卷曲现场值与估计值之间差异的主要来源。 考虑到现场数据通常存在差异，研究中包括了五个具有频繁收集数据的桥梁，以充分捕捉趋势。在[12]中可以找到进一步的随时间变化的铰链卷曲分析，包括计算模型和一种新的估计铰链卷曲的方法。

跨度铰链

跨度铰链

（b）

图1：（a）CIP / PS箱梁桥的跨距铰链（N170-N5连接器，洛杉矶） （b）铰链跨度（萨克拉曼多，德尔帕索公园高架）

图2：CIP / PS箱梁桥中跨接铰链的构造

因卷曲而产生的不同等级

短悬臂

长悬臂

因卷曲而产生的不同等级

短悬臂

长悬臂

图3：在施工期间铰链卷曲

图4：桥架（萨尔门托的德尔帕索公园高架桥）

图5：铰链卷曲修复工作：（a）研磨短悬臂混凝土；（b）长悬臂的甲板表面粗糙化； （c）放置在短悬臂上的临时重物； （d）可调式脚手架。

  1. 桥梁说明

在加利福尼亚州选择了五座桥梁来监测跨度铰链随时间变化的挠度。 所有的桥梁都有整体的上部结构/弯曲的帽盖连接。选择的样本桥梁中，包括各种现代桥梁的配置和几何形状，且其施工进度与研究项目的时间跨度相吻合。

如图6a所示，桥是多跨连续结构，至少有两个框架连接在相邻两跨铰链上。 该研究主要内容是短悬臂梁的挠度以及与短悬臂梁相邻的跨度。 相邻跨度的数据有助于确定上部结构-墩连接处的旋转，该旋转被发现会影响铰链的弯曲。

铰链所在的跨度通常由短悬臂和长悬臂组成，短悬臂（SC）支持长悬臂（LC），如图6b所示。 典型的预应力箱梁桥的跨距铰链通常在铰链跨距和相邻跨距的预应力和注浆管道完成预应力和灌浆后，通常分为两个阶段（图6c）构造两个钢筋混凝土构件。

由胶合板，托梁，纵梁，顶盖，立柱，底盖，楔形，起重器，墙板和基础垫组成的传统脚手架系统（图7）用于在施工过程中支撑桥梁。 当铰链跨度下的空档解除时，载荷从铰链处的长悬臂传递到短悬臂。但是，直到相邻跨度下的脚手架也被移除之后，才进行满负荷转移。

预应力操作（图8）是连续的，并根据桥架的长度在一端或两端进行。五座桥梁中使用的预应力绞线分别为等级270，极限抗拉强度为270 ksi（1860 MPa），弹性模量为28,500 ksi（193,000 MPa）。预应力筋直径为0.6英寸（15.24毫米），低松弛，七股钢丝（ASTM A416）。 规定的顶升力为规定的肌腱极限强度的70％。 在所有五座桥梁中，在施加应力时，箱形梁混凝土的规定最小初始混凝土抗压强度f0ci为3.5 ksi（25 MPa）。

在实地研究期间，调查了八个带有12个跨度铰链的框架。七个框架是带有十个铰链的CIP / PS，一个框架是带有两个铰链的CIP /非PS。监视非PS铰链以与PS铰链进行比较。 随后的部分重点介绍了被测桥梁的主要特征。在[13]中提供了有关桥梁的更多详细信息。

    1. 桥1:圣路易斯雷河桥

圣路易斯雷伊河大桥位于圣地亚哥地区。该工程于2010年开始施工，并于2012年4月通车。桥的总长度约为526 m（1725 ft）。桥由三个框架组成，这些框架延伸九个跨度，并具有两个跨度铰链。 现场数据是在中间框架2的末端收集的（图9）。框架2的总长度为648英尺（197.5 m），由三个跨度和两个短悬臂组成（图9a）。框架支撑在四个两列的弯头上，并具有半径为1969 ft（600 m）的水平曲率。规定的圆柱混凝土28天抗压强度为3.6 ksi（25 MPa）。

框架2的上部结构是一个连续的现浇预应力4格混凝土箱梁。箱形梁的深度固定，而宽度则沿长度变化。框架2的上部结构腹板包含15条导管，用于预应力筋，由总共336股线组成。预应力筋以抛物线轮廓放置，如图9b所示。对框架2的铰链3和7进行了两端应力，顶力为14,754基普（65,630 kN）。桥梁中预应力混凝土的规定抗压强度在预应力时为3.6 ksi（25 MPa），在28天时为4.5 ksi（31 MPa）。框架2的上部结构是一个连续的现浇预应力4格混凝土箱梁。箱形梁的深度固定，而宽度则沿长度变化。框架2的上部结构腹板包含15条导管，用于预应力筋，由总共336股线组成。预应力筋以抛物线轮廓放置，如图9b所示。对框架2的铰链3和7进行了两端应力，顶力为14,754基普（65,630 kN）。桥梁中预应力混凝土的规定抗压强度在预应力时为3.6 ksi（25 MPa），在28天时为4.5 ksi（31 MPa）。

    1. 桥2：N170-N5连接器

N170-N5连接器位于洛杉矶地区。该工程于2010年下半年开始，并于2013年5月通车。桥2的总长度为2352英尺（717 m），由三个框架组成，三个框架在11个跨度上延伸，并带有两个跨度铰链。现场数据是在中间框架Frame 2（图10）上收集的。框架2的总长度为709英尺（216 m），包括三个跨度和两个短悬臂（图10a）。被测框架是水平弯曲的，半径为1640英尺（500 m），并具有三个单柱弯曲和一个支腿弯曲（弯曲7）。规定的28天混凝土柱抗压强度为3.6 ksi（25 MPa）。

框架2的上部结构是一个连续的现浇预应力混凝土3格箱梁。箱梁有固定的沿其长度的整体宽度和深度。框架2总共使用了14条由362股钢绞线组成的预应力筋。预应力筋以抛物线轮廓放置，如图10b所示。框架2的两端分别受到铰接1和2的应力，顶升力为15,910基普（70,771 kN）。桥梁预应力混凝土的规定抗压强度在受压时为3.6 ksi（25 MPa），在28天时上部结构和支腿弯曲端盖的抗压强度分别为4.0 ksi（28 MPa）和5.0 ksi（35 MPa）天。

    1. 桥3：布拉德利高架桥

Bradley高架桥位于加利福尼亚中部的Merced地区，是两座平行桥中的第一座。该工程于2012年开始，并于2013年1月通车。总长度为1161英尺（354 m）。这座桥包括两个框架跨越七个跨度，并具有一个跨度铰链。现场数据是在第一个框架（图11a）上收集的，该框架是一个直的489英尺（149米）长的结构，由三个跨度和一个短悬臂组成。弯曲2是单柱弯曲，而弯曲3和4是两柱弯曲，其中一根柱子是临时的，直到第二座桥的建造为止。规定的28天混凝土柱抗压强度为4 ksi（28 MPa）。

框架1中的上部结构是一个连续的两格箱形箱梁，其整个宽度和深度都沿其长度固定。框架1中总共使用了9条由199根钢绞线组成的预应力筋，并按照图11b所示的抛物线轮廓放置。在框架1，基台1的两端和铰链处施加了8745 kip（38,900 kN）的顶升力。箱梁的规定混凝土抗压强度在预应力时为3.6 ksi（25 MPa），在28天时为5 ksi（35 MPa）。

    1. 桥4：EB威尔希尔大道匝道OC

该桥位于洛杉矶地区。该工程于2012年开始施工，并于2013年11月通车。 总长度约为1197英尺（365 m）。桥由两个框架组成，第一个框架是CIP / RC，第二个框架是CIP / PS（图12）。桥4跨越八个跨度，并具有一个跨度铰链。现场数据是在第2框架上收集的。该框架的总长度为535.8英尺（163.32 m），由三个跨度和一个短悬臂组成（图12a）。框架具有单柱弯曲，指定的28天混凝土抗压强度为5 ksi（35 MPa）。

框架2的上部结构是一个连续的现浇预应力混凝土三格箱形箱梁。框架2中的箱梁在其长度上具有固定的深度和可变的宽度。框架2中总共使用了6条由205股线组成的预应力筋。十个孔放置在抛物线轮廓中，如图12b所示。上部结构在基台9的一端受压，顶力为9000 kip（40,034 kN）。桥梁中预应力混凝土的规定抗压强度在预应力时为4.5 ksi（31 MPa），在28天时为5.0 ksi（35 MPa）。

    1. 桥5：德尔帕索公园高架

该桥是位于萨克拉曼多地区80号州际公路（I-80）上的一座加宽桥梁项目。该项目包括两座桥梁：东行大桥（桥5EB）和西行桥（桥5WB）。该工程于2013年开始，该项目于2014年4月部分开放。

2.5.1 桥5EB

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