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工程结构
预应力混凝土箱梁桥牛腿施工期的变形
Ahmed Akl a,uArr;, M. Saiid Saiidi b, Ashkan Vosooghi c
- Thornton Tomasetti, San Francisco, CA, USA
- Department of Civil and Environmental Engineering, University of Nevada, Reno, NV, USA
- AECOM Transportation, Sacramento, CA, USA
a r t i c l e i n f o
文章历史：
2015年12月20日收到
2016年10月2日修订
2016年11月2日接受
2016年11月15日在线提供
关键词：
桥梁挠度蠕变
施工阶段临时支架
现场测量铰链卷曲
后张预应力混凝土
时间依赖性
摘要
多跨现浇后张混凝土箱梁桥由于后张力而在铰链处向上偏转（卷曲）。为了解决卷曲和避免颠簸，调整脚手架高度常常是必要的，否则会引起交通安全问题并呈现出道路风险。目前估算铰链旋度的方法通常会导致与现场测量结果显著不同的结果，从而导致施工延误和昂贵的更改订单。本文研究的主要目的是测量5座桥梁施工期间10个铰链内和附近跨度铰链处的桥梁挠度，并将结果与当前理论进行比较。基于数据分析，研究了测量和计算数据之间的相关性，评估短期和随时间变化的铰链卷曲。观察和量化了该领域与理论数据之间的巨大差异。这些数据被用来找出差异的原因以及开发新方法的方向，以更准确地估计铰链卷曲。作为本研究的一部分，我们开发了一种新方法来解决差异的根源。但是，新方法的说明超出了本文的范围和页数限制。
- 引言
现浇混凝土（CIP）后张混凝土（PS）箱梁桥被广泛用于美国西部的公路桥。 跨度铰链（图.1a）用于长桥的上部结构，将结构分为较短的框架，以适应由于上部结构内的预应力，温度，蠕变和收缩而引起的水平运动，并减少柱体产生的应力。 铰链所在的跨度称为铰链跨度，包括短悬臂和长悬臂，其中长悬臂支撑在短悬臂上并且在铰链处连接（图。1B）。 跨度铰链是桥梁的一个相对复杂的部分，需要特别考虑设计，细节和施工顺序（图2).
跨度铰链的偏转被称为“连接铰偏转”是由预应力引起的短悬臂的最初向上偏转。 在由长悬臂装载时，卷曲
uArr; Corresponding author.
E-mail addresses: AAkl@ThorntonTomasetti.com (A. Akl), Saiidi@unr.edu (M. Saiid Saiidi), Ashkan.Vosooghi@aecom.com (A. Vosooghi).
http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.11.003 0141-0296/ 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
减少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的时间依赖材料特性的影响。
必须在施工期间通过调整上部结构脚手架来调节铰链卷曲，以适当地匹配铰链两侧的高度，避免道路碰撞，从而造成道路危险。 加利福尼亚交通部（Caltrans）向设计师备忘录（MTD）11-34提供的一种现有方法[1]提供铰链卷曲的估计。 估算显示在桥梁计划上，以指导承包商调整脚手架的高度。 现场工程师已经报告估计的铰接卷曲和实际的铰接卷曲之间的显着差异。图3展示了在施工期间观察到的桥铰链卷曲的例子。
CIP / PS桥梁在脚手架上支持（图4），直到上层建筑达到规定的混凝土强度，桥梁变为自支撑。 上层建筑通常是弧形的，以解决长期变形问题。 跨度铰链需要适当弯曲以确保桥梁框架之间的平滑路面，以便安全舒适地行驶。 铰链的最终位置受到从短悬臂受力到传递反应的时间的影响
A.Alkl等人 /工程结构131（2017）293-310
跨中铰
跨中铰
(b)
图一. (a) CIP / PS箱梁桥的跨中铰 (N170-N5 Connector, Los Angeles); (b) 铰链跨度 (Del Paso Park Overhead, Sacramento).
图2. CIP / PS箱形桥梁中的跨度铰链结构。
图3.施工期间的连接铰偏转。
由于卷曲而导致差异等级
短悬臂
长悬臂
来自长长的悬臂。 这段时间通常在30到180天之间，但在桥梁设计时是未知的，因为它取决于实际施工进度。 因此，考虑到铰链卷曲的时间依赖型弯道表（向上弯曲）通常作为合同计划的一部分提供。
图4.桥梁临时支架（Del Paso Park Overhead, Sacramento）。
在后张紧后，跨距铰链的短悬臂倾向于向上偏转，直到负载从长悬臂转移为止。 在负荷转移时，短悬臂的位置与铰链处长悬臂的位置相匹配非常重要。 否则，施工期间需要采取补救措施（图5）来纠正等级差异。 这些措施被视为“更改订单”，并导致额外成本和延迟。
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- Akl等人 /工程结构131（2017）293-310
(b)
螺旋千斤顶
(c) (d)
图5.铰链卷曲矫正工作：（a）短悬臂混凝土的磨削; （b）长悬臂的甲板表面粗糙; （c）放置在短悬臂上的临时重物; 和（d）可调节的脚手架。
补救工作可能包括在短悬臂梁上磨削甲板混凝土，在表面粗糙化后在长悬臂上铺设聚酯混凝土覆盖层，在施工期间临时用大量重物加载短悬臂，并使用可调式脚手架顶住长悬臂。 甲板钢筋上的混凝土保护层可能会过度减少，使得甲板钢筋容易因磨削而发生腐蚀。
混凝土徐变和预应力损失是影响铰链卷曲的重要因素。 已经对混凝土徐变和预应力损失进行了许多研究，并且已经开发了不同的经验方程来估计这些效应[2–4]。 经验方程通常使用相对较小样本的测试数据进行校准，因为长周期全尺寸预应力混凝土桥的测量数据非常有限。
几乎没有对CIP / PS混凝土桥梁进行实地调查，以监测外倾和预应力损失随时间的变化[5–8]。 现场测量[6]由于在常规设计中通常忽略的基台提供的部分固定性，所以最大测量的挠度大约为预测值的一半。 有关跨节段铰链和预制预应力混凝土梁桥的分段预应力混凝土桥梁的其他研究表明，测量的和预测的挠度之间存在不一致[9–11]。 目前还没有关于CIP / PS箱梁桥跨度铰接卷曲的研究报道。 MTD 11-34是描述确定铰链卷曲方法的唯一可用文件[1].
（1）确定当前估算铰链卷曲的方法是否导致对铰链卷曲的实际估计，（2）量化实际和估计铰链卷曲之间的差异和趋势，以及（3）确定该领域和估计的铰链卷曲之间的主要差异来源。 考虑到现场数据通常存在差异，五个数据采集频繁
时间表被纳入研究中以充分捕捉趋势。 有关铰链卷曲的进一步的时间相关分析，包括计算建模和一种新的提出的估计铰链卷曲的方法，可以参见[12].
- 桥的描述
选择加利福尼亚的五座桥梁来监测跨距铰链的时间依赖性偏转。 所有的桥梁都具有整体上部结构/弯曲盖帽连接。 样本桥被选定为包括各种现代桥梁的配置和几何形式，其建设时间表与研究项目的时间跨度相吻合。
桥梁是多跨连续结构，至少有两个框架连接在一个跨越铰链上，如图所示图6一个。 这项研究的重点是短悬臂梁的偏转以及与短悬臂梁相邻的跨距。 来自相邻跨度的数据有助于确定上部结构 - 桥墩连接处的旋转，这被发现会影响铰链卷曲。
铰链所在的跨度通常由短悬臂和长悬臂组成，其中短悬臂（SC）支撑长悬臂（LC），如图6湾 预应力箱梁桥的典型跨度铰链通常有两个钢筋混凝土构件分两阶段构建（图6c）完成预应力和灌浆后，铰接跨度和相邻跨度的预应力管道。
由胶合板，托梁，桁条，顶盖，立柱，底盖，楔子，沙头千斤顶，檐口和基础垫组成的常规脚手架系统图7）用于在施工期间支撑桥梁。 当铰链跨度下的脚手架松开时，负载从长悬臂转移到铰链处的短悬臂。 但是，直到邻近跨距下的脚手架也被移除后才能进行满载转移。
预应力施工（图8）是连续的并且根据桥帧的长度在一端或两端执行。 五座桥梁中使用的预应力钢绞线是
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图6. CIP / PS桥梁的典型桥梁结构（a）具有两个跨度铰链的桥梁的纵向视图; （b）铰链跨度; 和（c）跨度铰链细节。
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- 桥1：圣路易斯雷伊河大桥
图7.典型的脚手架框架。
等级270，极限拉伸强度为270ksi（1860MPa），弹性模量为28,500ksi（193,000MPa）。 预应力筋直径为0.6英寸（15.24毫米），低松弛，七线股（ASTM A416）。 规定的顶推力是指定的腱极限强度的70％。 在所有五座桥梁中，施加压力时的箱梁混凝土（Caltrans 2010）满足3.5 ksi（25 MPa）的规定最小初始混凝土抗压强度f0ci。
在实地考察期间，调查了8个带有12个跨度铰链的框架。 七个框架是CIP / PS和十个铰链，一个是CIP /非PS，两个铰链。 监测非PS铰链与PS铰链进行比较。 随后的部分突出了被调查桥梁的主要特征。 有关桥梁的更多详细信息和信息，请参阅[13].
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，该桥于2012年4月通车。该桥的总长约为1725英尺（526米）。 桥由三个框架组成，延伸超过九个跨度，并具有两个跨度铰链。 现场数据收集在中间帧的末尾，第2帧（图9）。 框架2的总长度为648英尺（197.5米），由三个跨度和两个短悬臂组成图9一个）。 该框架由四根双柱支撑支撑，并具有半径为1969英尺（600米）的水平曲率。 混凝土柱的28天抗压强度为3.6ksi（25MPa）。
框架2的上部结构是连续的现浇预应力4格混凝土箱梁。 箱梁具有固定的深度，而其宽度沿着长度变化。 框架2的上部结构腹板包含15根管子，用于预应力筋由336股组成。 肌腱
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