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| 有限元分析 |
隨著城市高架橋建設的不斷發展，大懸臂預應力混凝土蓋梁因具有占地面積小、結構輕巧、造型美觀、可充分利用城市道路空間等優點而被廣泛應用。目前，國內大懸臂蓋梁常用的截面形式主要有矩形、T形、倒T形和十字形等。 很多專家學者從設計、施工、抗震等方面對大懸臂預應力混凝土蓋梁進行了不同角度的分析與研究。筆者結合工程實例，對非對稱截面、非對稱配束的大懸臂蓋梁在施工階段的受力和變形進行有限元分析，以期為施工控制提供理論依據。
該城市快速路高架橋橫斷面為雙向六車道，上部結構為連續鋼箱梁和預應力混凝土小箱梁，其中連續鋼箱梁位于各交叉路口，跨度30～55 m不等。在某交叉路口，鋼箱梁跨徑（30+45+30）m，采用單箱雙室全焊鋼箱梁，梁高2m，1幅頂板全寬12.8m，外側設0.5m寬防撞護欄。其余段落為預制混凝土箱梁，中梁寬2.4 m，邊梁寬2.85 m，截面高度1.62 m，標準跨徑30 m，簡支轉連續形式。非對稱大懸臂預應力蓋梁用于2種結構形式的連接處，以支承鋼箱梁和預制混凝土小箱梁。大懸臂蓋梁的構造及尺寸見圖1。
根據非對稱大懸臂預應力蓋梁的構造和受力特點，為了在施工過程中對蓋梁懸臂根部應力和端部位移進行量測，在相應部位布置了量測設備，見圖2。其中，測量應變的振弦式應變計粘貼在非對稱蓋梁根部截面較高一側上緣的側面，并與通用讀數儀（YT-RG-01）連接。梁端豎向位移采用數顯千分表量測，千分表由卡座固定在地面上，重錘底面壓住千分表的伸縮桿，高強度細鋼絲一端系在蓋梁端部伸出的鋼筋上，另一端系在重錘上。
墩柱和蓋梁的混凝土設計強度等級為C50，彈性模量Ec=3.45x104MPa，質量密度γ=2550 kg/m3；預應力筋為s15.2高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值fpk=1860 MPa，彈性模量 Ep=1.95x105MPa。
如圖1所示，蓋梁承載預制混凝土小箱梁一側布置鋼絞線4排共12束，承載鋼箱梁一側布置鋼絞線2排共6束。預應力筋束采用后張法施工，兩端張拉，張拉控制應力σcon=1376.4 MPa，張拉力N=211.97 t。張拉過程中利用張拉力和伸長量進行“雙控”，其中以張拉力控制為主，以伸長量進行校核，計算中采用的孔道摩阻系數μ=0.17，偏差系數k=0.0015。
該工程的施工順序為：澆筑非對稱蓋梁混凝土→待混凝土強度達到85 %以上時，張拉非對稱預應力筋N1、N2和對稱筋N4→架梁預制混凝土箱梁和鋼箱梁→張拉對稱筋N3→二期恒載。
上部結構自重反力按均布面壓力在相應施工階段通過支座墊石加載于蓋梁頂面，混凝土小箱梁一側支座墊石分布力為117.08 N/cm2，鋼箱梁一側支座墊石分布力為72.35 N/cm2。
根據上述參數，采用Midas FEA軟件建立了非對稱大懸臂蓋梁的三維實體有限元模型，其結構及預應力筋束布置模型分別見圖4，其中蓋梁中普通鋼筋按照設計圖紙布置。
