混凝土連續(xù)梁成橋方法對結構和施工支架受力狀態(tài)的影響分析

宋 福

(神華新準鐵路公司，內蒙古鄂爾多斯 017000)

混凝土連續(xù)梁成橋方法對結構和施工支架受力狀態(tài)的影響分析

宋 福

(神華新準鐵路公司，內蒙古鄂爾多斯 017000)

本文在介紹混凝土連續(xù)梁橋變更施工方法三個案例的基礎上，以某四跨連續(xù)梁橋為工程背景，分析了不同成橋方法對結構應力和變形的影響，研究混凝土連續(xù)梁橋變更成橋方法對結構內力、變形及施工臨時結構的影響;對在支架上張拉預應力時支架立柱的內力變化進行了計算。結果表明，支架立柱的反力與常規(guī)計算的結果不同，需要對部分立柱進行加強。

混凝土連續(xù)梁 成橋方法 支架立柱

由于受橋位處施工環(huán)境等因素的影響或限制，工程實踐中連續(xù)梁變更成橋方法不可避免，如滿堂支架現澆變更為節(jié)段懸澆，或為加快施工進度將節(jié)段懸澆變更為滿堂支架現澆等。除以上常規(guī)變更外，也有個別橋梁采用了非常規(guī)的變更方法。本文對連續(xù)梁變更成橋方法的影響進行了分析。

施工中混凝土連續(xù)梁變更成橋方法會使結構在施工和成橋時產生不同的內力狀態(tài)和線形狀態(tài)，對應的預應力筋配束也不一樣，比如滿堂支架現澆的連續(xù)梁與節(jié)段懸澆連續(xù)梁的預應力束的配置是不同的。橋梁施工圖一般都會給出成橋方法，如改變成橋方法則要有相應的變更設計圖，對結構的影響較大。

在連續(xù)梁的施工方法中，滿堂支架法施工是經常采用的施工方法。對采用支架現澆施工的連續(xù)梁在進行支架結構設計與計算時，將混凝土濕重一般按支撐立柱的間距來分配荷載，并據此驗算支架的承載力。在支架上張拉預應力會導致支撐立柱的反力產生重分配，即部分支撐立柱的反力增大，部分支撐立柱的反力減小。施工中應對施工支架的安全性給予重視，特別是在支撐立柱強度安全儲備不多時要考慮到在支架上張拉預應力會導致支撐立柱反力的增大，否則可能產生安全隱患。

本文簡要介紹三種非典型混凝土連續(xù)梁變更成橋方法，以其中的一座連續(xù)梁橋為對象，對變更成橋方法產生的應力狀態(tài)及線形狀態(tài)的變化，以及在滿堂支架上張拉預應力對支撐立柱反力的影響進行計算分析，探討變更成橋方法對支架受力狀態(tài)的影響。

1 連續(xù)梁成橋方法變更實例

1.1 中跨合龍后再施工邊跨(實例一)

某連續(xù)梁橋原設計采用掛籃施工，但由于兩邊跨直線段分別跨越河道和公路，無法搭設支架進行現澆段施工。因此改為先對稱施工至6#塊后合龍中跨，然后繼續(xù)采用掛籃施工邊跨至8#塊，同時在中跨進行配重。最后利用墩旁支架在墩頂施工9#塊。圖1為其成橋方法的結構示意。采用此成橋方法，因7#，8#段改為懸臂掛籃施工，需要重新設計懸臂施工階段的預應力束布置方式。

1.2 邊跨支架施工中跨掛籃施工(實例二)

某連續(xù)梁原設計采用滿堂支架法施工，且邊跨滿堂支架已全部搭設完成，但由于中跨道路未能按原計劃完成，無法搭設支架，導致本橋須變更施工方法，即采用節(jié)段掛籃澆注施工代替滿堂支架法。由于邊跨滿堂支架已搭設完成，如拆除全部支架將提高施工成本，因此決定采用邊跨在支架上分段澆筑，中跨采用掛籃分段澆注的成橋方法，每節(jié)段先施工邊跨，然后在中跨掛籃懸臂澆筑對應節(jié)段。圖2為變更成橋方法后的施工示意。

由于兩邊支撐方式不同，為滿足抗傾覆穩(wěn)定要求，在中跨設置了鋼管支撐，為確保安全又在邊跨配置了壓重。該成橋方法的施工順序本質上與采用兩邊掛籃對稱澆筑的常規(guī)施工方法相同，但結構在施工過程中的應力狀態(tài)和變形是有差別的。

圖1 先合龍中跨再施工邊跨施工示意

圖2 邊跨支架中跨掛籃成橋方法示意

1.3 一主墩范圍內支架施工其余結構掛籃施工

(實例三)

某四跨一聯(lián)連續(xù)梁原設計采用掛籃施工，受橋位處施工條件限制，變更為在一主墩范圍內的梁段采用支架現澆，其余兩主墩采用掛籃節(jié)段懸澆，施工示意如圖3。

圖3 一主墩范圍內支架其余兩主墩掛籃成橋施工示意

同樣，該成橋方法與常規(guī)的施工方法不同，因此也對上部結構進行了特別設計，支架施工的結構與懸臂掛籃澆筑的結構在梁段劃分及預應力束布置均不同。變更成橋方法后施工過程中結構的應力狀態(tài)也相應變化，支架拆除與中跨合龍的先后順序對現澆段的應力狀態(tài)和變形也有較大的影響。如支架在中跨合龍后再拆除，則張拉合龍束時會使支架立柱的內力發(fā)生重分布。

2 成橋方法對結構和施工支架受力的影響分析

2.1 工程概況

某鐵路客運專線四跨一聯(lián)預應力混凝土連續(xù)梁(施工示意如圖3)，其跨徑為(48+80+80+48)m，原設計采用掛籃對稱懸臂灌注的成橋方法，但由于1#墩～2#墩范圍內的拆遷問題而導致工期延誤。3#墩～5#墩跨高架，梁部無法采用滿堂支架法施工。為縮短整橋施工工期，以2#墩～3#墩跨中合龍段為分界點，分界點至5#墩采用懸臂灌注法施工，1#墩至分界點采用滿堂支架法施工。

2.2 結構計算模型

2.2.1 計算模型

結構計算采用橋梁博士3.1.0結構分析程序，結構計算模型見圖4(成橋狀態(tài))。模型中橋梁上部結構劃分為144個單元，共145個節(jié)點。施工過程按照設計資料提供的成橋方法施工。

圖4 結構計算模型

2.2.2 計算工況

表1為計算模型中的詳細施工工況表，梁體節(jié)段劃分見圖3。

2.3 計算分析

為了分析變更成橋方法對結構應力狀態(tài)和變形的影響，對采用掛籃對稱懸澆的施工方法和一主墩范圍采用支架現澆其余兩主墩采用掛籃的成橋方法進行對比分析，其中后者又可分為支架在中跨合龍前拆除和合龍后拆除兩種工況。由于橋梁主橋結構形式不變，恒載是一定的，故主要對恒載作用下不同成橋方法對應的應力狀態(tài)進行比較分析。

表1 理論分析工況

2.3.1 成橋方法對恒載應力的影響分析

表2為恒載作用下施工過程中上部結構的應力計算結果，二期恒載集度為134 kN/m。

表2 恒載作用的應力計算結果對比 MPa

從表2計算結果可以看出，與掛籃對稱懸澆的成橋方法相比，采用一主墩支架其余兩主墩掛籃施工時，上部箱梁結構上、下緣最大應力、最大主應力等均有所增加，其中下緣最大應力增大了1.32 MPa。此外，支架拆除與中跨合龍的先后順序對各項應力指標也有所影響。

2.3.2 成橋方法對變形的影響分析

圖5給出在恒載作用下上部結構的累計變形計算結果。

圖5 不同成橋方法對上部結構變形的影響

從圖5可見，在恒載作用下，不同成橋方法對上部結構變形的影響是比較明顯的，特別是支架拆除與中跨合龍的先后順序不同對變形的影響有近40 mm，即在合龍前拆除支架會使最大懸臂端產生40 mm的向下變形，為確保安全施工，最后采用了后拆除支架的施工順序。

2.4 預應力張拉對支撐立柱內力的影響分析

本橋變更為一主墩范圍內滿堂支架其余兩主墩掛籃的成橋方法，并且采用支架在張拉合龍完成后拆除的施工順序，即1號主墩范圍內的上部結構梁段的預應力張拉及合龍預應力束張拉需在滿堂支架上進行，因成橋方法不同而增加的對施工臨時結構即支架結構的受力分析也至關重要。以往在進行支架設計計算時一般是將混凝土濕重按支撐立柱的間距來分配荷載，驗算支架的承載力。因此本橋在支架設計時原來并未考慮在支架上張拉預應力所導致的支撐立柱的反力重分配，后經計算發(fā)現考慮反力重分配后的支撐立柱安全系數小于施工安全需求，故進行重新設計。圖6為本橋1號主墩范圍內上部結構梁段和支撐立柱布置示意圖。

2.4.1 計算分析模型

根據2.2節(jié)建立的計算模型，取其1號主墩范圍內上部結構，在支撐立柱處設置單向支撐。整個支架現澆段結構劃分為60個單元，共61個節(jié)點。計算模型見圖7。

圖6 上部結構梁段和支撐立柱布置示意

圖7 支架現澆段結構計算模型

2.4.2 預應力張拉對支撐結構內力的影響分析

按混凝土濕重分配計算的各支撐立柱的反力列于表3的第一行，表3的其余部分為按照變更后的成橋施工順序，各個工況下支撐立柱反力的變化情況。

表3 支撐立柱與永久支座反力kN

從表3的計算結果可以看出，按混凝土濕重計算得到的各支撐立柱反力是相對接近的。但按實際施工工況模擬計算的支撐立柱反力與按混凝土濕重的計算結果差別很大，特別是5#和8#支撐立柱在張拉B段預應力束時的反力分別為5 170 kN和5 520 kN，比按混凝土濕重計算的反力大很多，其中5#支撐立柱的反力是按濕重計算的1.4倍;8#支撐立柱的反力是按濕重計算的2.3倍。4#，9#支柱所受到的最大反力也明顯大于按濕重分配計算的反力。由此可見，在支架上張拉預應力對支撐立柱的影響是不能忽視的，在這種成橋方法中是一個必須考慮的因素。

3 結論與建議

由混凝土連續(xù)梁成橋施工方法變更的案例可以看出，成橋方法的變更必然會影響到結構施工節(jié)段的劃分、結構預應力束布置和施工臨時結構的布置等各方面。在一個主墩范圍內把施工方法從懸臂掛籃澆注變更為滿堂支架現澆，由于施工方法的不同，連續(xù)梁上部結構在恒載作用下，結構的受力及變形均不同，因需要在支架上張拉部分節(jié)段的預應力及中跨合龍預應力，支架立柱的反力與常規(guī)計算的結果不同，需要對部分立柱進行加強。通過本文的分析，希望在工程實踐中引起對不同施工方法下的結構內力、變形、及施工臨時結構受力變化的重視。

［1］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.1—2005 鐵路橋涵基本設計規(guī)范［S］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范［S］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［3］中華人民共和國建設部．JGJ 164—2008 建筑施工木腳手架安全技術規(guī)范［S］．北京：中國建筑出版社，2005．

［4］鐵道部經濟規(guī)劃研究院．TZ 324—2010 鐵路預應力混凝土連續(xù)梁(剛構)懸臂澆筑施工技術指南［S］．北京：中國鐵道出版社，2010．

U455．46

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．01

1003-1995(2013)05-0001-04

2012-11-20;

2013-02-20

宋福(1966— )，男，山西廣靈縣人，高級工程師。

(責任審編 王 紅)