連續(xù)剛構(gòu)橋合龍技術(shù)及施工對策研究

謝華偉 雷敘淥

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是一種墩梁固結(jié)的新型連續(xù)結(jié)構(gòu)，既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車順暢的優(yōu)點，又保持了剛構(gòu)橋不設(shè)支座、施工方便的優(yōu)點。其跨越能力大、整體性能強、受力合理、施工方便等諸多優(yōu)點，使其越來越受到橋梁工程界的青睞[1]。

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)俦容^復(fù)雜的高次超靜定結(jié)構(gòu)體系，其內(nèi)力和變形對溫度的變化相當敏感，溫度應(yīng)力可以達到甚至超過活載應(yīng)力，并且常常是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因[2]。許多大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋廣泛采用懸臂施工方法，在施工中必然給橋梁結(jié)構(gòu)帶來較為復(fù)雜的內(nèi)力和位移變化，給建橋工程中帶來許多新的難題，對施工過程亦提出了更高更新的要求。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段施工的溫度應(yīng)嚴格控制，避免因此而帶來的結(jié)構(gòu)開裂及結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。

1 溫度對結(jié)構(gòu)影響的分析方法

盡管在設(shè)計時已經(jīng)考慮到了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是在實際施工過程中由于施工誤差，會使實際結(jié)構(gòu)與原設(shè)計不符。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的合龍是施工中極為重要的一個環(huán)節(jié)，如果不能控制好結(jié)構(gòu)的合龍溫度，便會影響到結(jié)構(gòu)通車后的平整度、伸縮縫等裝置的功能[3]。橋梁結(jié)構(gòu)處于自然環(huán)境中，將受到溫度作用的影響，例如，常年氣溫變化導致橋梁沿縱向均勻的位移，這種位移不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，只有當結(jié)構(gòu)的位移受到約束時才會引起溫度次內(nèi)力，這是溫度作用的一種形式。計算橋梁結(jié)構(gòu)因均勻溫度作用引起外加變形或約束變形時，應(yīng)以結(jié)構(gòu)受到約束時的結(jié)構(gòu)溫度作為起點，計算結(jié)構(gòu)最高和最低有效溫度的作用效應(yīng)，對結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)及使用可靠性進行綜合研究，以便合理地進行公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，這對于橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有十分重要的理論和實際意義。

2 工程實例

某三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為56 m+100 m+56 m。上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，主梁采用單箱單室箱梁截面，梁寬12 m，墩頂處梁高6.8 m，合龍段梁高2.6 m。下部采用雙薄壁空心墩，結(jié)構(gòu)左墩墩高56 m，右墩墩高62 m，采用C40混凝土。

采用Midas有限元程序?qū)υ摌蚪⒂邢拊Ｐ?，建模過程中精確模擬結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量和邊界條件，墩底采用固結(jié)形式，按照施工順序分階段建立橋梁計算模型，該橋的全橋有限元模型見圖1。

該橋采用掛籃分段對稱懸臂澆筑，邊跨合龍段在鋼管樁落地支架上澆筑，中跨合龍段在吊架上澆筑，該橋的設(shè)計合龍溫度為(10±5)℃。在溫度分析中以10℃作為基準溫度，分別對結(jié)構(gòu)采用整體升溫20℃和整體降溫20℃的工況進行溫度應(yīng)力分析計算，分析得到升溫與降溫工況下結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)如表1所示。

表1 溫度變化引起的結(jié)構(gòu)位移 cm

由表1中數(shù)據(jù)可見，在降溫20℃工況下結(jié)構(gòu)主梁末端將在順橋向縮短，因其受到橋墩的約束，在主梁內(nèi)將產(chǎn)生拉應(yīng)力。相對的，在升溫20℃工況下結(jié)構(gòu)主梁末端在順橋向則將伸長，而主梁則將產(chǎn)生拉應(yīng)力。同時也可推斷出，若合龍溫度較高，則合龍段新澆筑的混凝土隨溫度降低將會產(chǎn)生收縮，同時，合龍口兩端已澆筑的梁體也將會隨溫度的下降產(chǎn)生收縮，這樣合龍段與兩端已澆筑梁體容易產(chǎn)生裂縫，就不能確保合龍段與兩端已澆梁體的整體連接性能。若合龍時溫度較低，則隨著溫度的上升兩端已澆筑的梁體則將伸長，使得合龍段過早參與受壓，而新澆的合龍段混凝土在短時間內(nèi)強度達不到設(shè)計要求，過早承壓則會破壞混凝土的內(nèi)部構(gòu)造，影響橋梁結(jié)構(gòu)的強度。

3 合龍時應(yīng)采用的措施

1)高溫合龍時的對策。由于橋梁的實際合龍溫度與設(shè)計合龍溫度不一致，存在合龍溫差。對于高溫合龍的情況，可采用消除墩頂水平位移的方法來控制[4]。首先要計算合龍端的頂推力，按成橋狀態(tài)一個階段來計算結(jié)構(gòu)整體由實際合龍溫度下降到設(shè)計合龍溫度的工況，得到各墩頂?shù)乃轿灰?。根?jù)所計算結(jié)果，在合龍段對梁體施加水平頂推力，使墩頂產(chǎn)生與合龍溫差引起的水平位移值相等的反向位移，這樣就能夠消除因合龍溫差引起的水平位移，同時也部分消除結(jié)構(gòu)附加的溫度應(yīng)力。

2)低溫合龍時的對策。對于低溫合龍的情況，國內(nèi)外對混凝土低溫施工理論研究探索認為當環(huán)境溫度降到4℃時，只要采用適當?shù)氖┕し椒?，便可避免新澆筑混凝土的早期浸凍[5]?？刹捎谜{(diào)整配合比的方法，選擇適當?shù)乃嗥贩N以提高混凝土的抗凍能力，或是盡量減小水灰比、增加水泥的用量，并摻用引氣劑與早強劑。亦可采用蓄熱法對原材料(水，砂，石)進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆筑以后仍然儲備相當?shù)臒崃?，并加強對混凝土的保溫，使新澆筑的混凝土有足夠的強度來保證其抗凍能力。外部加熱法適用于構(gòu)件并不厚大的工程，通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土使其能夠正常硬化。

4 結(jié)語

連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂澆筑施工，應(yīng)選擇合理的合龍溫度進行主梁合龍，以完成體系轉(zhuǎn)換，盡量避免由于溫度變化引起結(jié)構(gòu)過大的次內(nèi)力，造成橋梁結(jié)構(gòu)受損。在施工過程中，不但要保證合龍溫度滿足設(shè)計要求，而且要保證在合龍前后幾小時內(nèi)施工溫度保持相對穩(wěn)定。在無日照時梁體的內(nèi)溫度場分布均勻，兩懸臂端不會因溫差產(chǎn)生大的撓曲，橋梁合龍段施工宜選在此時進行，以使橋梁的最終線型達到設(shè)計和施工規(guī)范的要求。對于實際合龍溫度與設(shè)計溫度不同的情況，亦提出了相應(yīng)的施工對策，保證橋梁結(jié)構(gòu)的強度與線型。

[1] 馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 王吉英，于 勇.高墩連續(xù)剛構(gòu)橋溫度效應(yīng)的探討[J].中國市政工程，2004(5):51-55.

[3] 陳瓊宇，張若松，邢維波.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段施工方法[J].四川建筑，2003，23(4):77-78.

[4] 殷燦彬，王解軍，唐 燦.連續(xù)剛構(gòu)橋高溫合龍頂推力的計算方法研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2009，29(1):111-116.

[5] 王吉英，于 勇.高墩連續(xù)剛構(gòu)橋溫度效應(yīng)的探討[J].橋梁與結(jié)構(gòu)，2004(5):51-54.