勁性骨架對連續(xù)剛構(gòu)橋施工合龍段的影響分析

1 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋數(shù)跨相連，主梁與橋墩不設(shè)支座，因此具有T型剛構(gòu)與連續(xù)梁橋的優(yōu)點。懸臂施工方法與T型剛構(gòu)橋相同，但在跨中澆筑合龍段，張拉正彎矩預(yù)應(yīng)力束，使之連成整體。適應(yīng)于大跨徑、高橋墩的情況。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的竣工合龍標志橋梁的主體結(jié)構(gòu)施工即將結(jié)束，同時也是大橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合龍段是起著連結(jié)作用的關(guān)鍵部位，施工過程直接關(guān)系到合龍時橋梁結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量、成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形、橋面鋪裝厚度以及成橋后橋面高程。在懸臂施工過程中，有兩個問題需要解決：一是合龍段新澆筑的混凝土在硬化過程中產(chǎn)生收縮，同時合龍口兩端懸臂梁將隨著溫度下降也會產(chǎn)生收縮，容易造成懸臂梁端頭和合龍段分離；二是當(dāng)溫度變化時，懸臂梁伸長或縮短，合龍段參與體系承受拉、壓作用，新澆筑的合龍段混凝土在短時間內(nèi)未具備足夠的強度，過早受力則破壞混凝土內(nèi)部膠結(jié)構(gòu)造，使其強度受到影響。為解決上述兩個問題，設(shè)計上一般在滿足“T”構(gòu)最后一節(jié)懸澆梁段施工操作空間的前提下，盡可能將合龍段長度設(shè)計短一些，以減少合龍段的收縮量，除加強合龍段混凝土施工質(zhì)量和工藝外，更為重要的是在施工中對連續(xù)箱梁合龍采取一定技術(shù)措施，一般采用強制合龍方式，即對合龍段采用勁性骨架進行約束鎖定。

2 勁性骨架的作用及比較

2.1 勁性骨架的作用

勁性骨架的作用是在合龍段混凝土養(yǎng)護期間幫助或者替代混凝土承受橋梁結(jié)構(gòu)在此處可能產(chǎn)生的拉力、壓力、彎矩、剪力和扭矩，以保證合龍段混凝土在凝結(jié)硬化過程中盡可能排除外界因素的干擾；同時在合龍束張拉過程中，勁性骨架會增大合龍段的剛度和強度，有利于確保合龍段質(zhì)量和增加橋梁的整體性。

1）確保合龍段現(xiàn)澆混凝土的養(yǎng)護質(zhì)量

勁性骨架的主要作用就是使合龍段現(xiàn)澆混凝土在養(yǎng)護期間盡量不受力或少受力，以確保其養(yǎng)護質(zhì)量。合龍段混凝土在養(yǎng)護期間強度很低，其抵抗外力和變形的能力都很弱。如果合龍段混凝土在達到規(guī)定強度前承受過大的外力或變形，就會松散或開裂，從而嚴重影響其應(yīng)有的質(zhì)量和力學(xué)性能。勁性骨架就是代替混凝土承受合龍段混凝土養(yǎng)護期間的受力和變形。

2）增強兩個懸臂端連接的安全可靠性

勁性骨架為大型型鋼構(gòu)成，牢固連接著兩個懸臂段，由于鋼材的彈性模量較大，因此其抗拉壓剛度較大。并且某些勁性骨架設(shè)有強大的剪力撐，由此形成的空間鋼桁架具有較大的抵抗彎矩、剪力、扭矩的強度和剛度。這樣在勁性骨架作用下，兩個懸臂通過合龍段就能更好的形成整體，確保連接過程中兩懸臂端不致產(chǎn)生明顯的變形差異。

2.2 內(nèi)、外置勁性骨架比較

體內(nèi)式骨架的優(yōu)點是勁性骨架埋在混凝土中，不易受到腐蝕，不影響橋梁的外觀。但在施工時有幾個不利因素。

1）施工操作空間受限。

由于體內(nèi)式勁性骨架多埋置在箱梁的四個倒角附近，因此倒角部位的鋼筋放置很不方便；而且由于骨架及剪力撐的影響，箱梁現(xiàn)澆混凝土不易震搗密實；骨架在腹板倒角處，焊接操作空間狹小，工作困難且不易保證質(zhì)量。

2）內(nèi)置骨架無法拆除，造成部分預(yù)應(yīng)力被鋼骨架吸收。

3）一旦預(yù)埋鋼構(gòu)件與型鋼骨架偏心連接，受壓可能彎曲，引起混凝土表面開裂。

4）各組鎖定鋼構(gòu)件之間受梁體影響，剪力撐設(shè)置難度較大。

與體內(nèi)式相反，體外式的優(yōu)點在于：

1）施工干擾小。

無論是勁性骨架的預(yù)埋、普通鋼筋的放置、骨架的焊接、混凝土的震搗，都明顯優(yōu)于體內(nèi)式。

2）預(yù)應(yīng)力鋼束可以充分預(yù)壓合龍段混凝土。

3）體外鋼支撐拆除后可重復(fù)利用，節(jié)約鋼材。

4）便于安置剪力撐。

3 勁性骨架的型式對結(jié)構(gòu)的影響分析

3.1 概述

內(nèi)、外置勁性骨架在合龍施工時的采用對結(jié)構(gòu)的影響區(qū)別在于成橋后內(nèi)置骨架保留在結(jié)構(gòu)內(nèi)，而外置骨架在合龍后拆除。內(nèi)置骨架保留在梁體內(nèi)將會導(dǎo)致截面參數(shù)的變化，截面參數(shù)的變化將導(dǎo)致合龍段附近梁體的剛度變化，因懸臂施工橋梁多為超靜定結(jié)構(gòu)，梁段剛度的變化將會導(dǎo)致內(nèi)力的重新分布。因此，采用不同骨架類型會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同的受力狀態(tài)。

采用平面桿系橋梁分析專用程序?qū)Υ髽蚴┕み^程進行計算分析，考慮內(nèi)置勁性骨架（合龍后保留）和外置勁性骨架（合龍后拆除）兩種合龍方式。

3.2 參數(shù)影響對比

3.2.1 內(nèi)、外置勁性骨架對截面及結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響

內(nèi)置勁性骨架合龍后仍留在箱梁混凝土內(nèi)，應(yīng)用平面桿系程序?qū)淆埗芜M行分析時，需考慮骨架對截面剛度及面積產(chǎn)生的影響。

采用土木綜合分析程序Midas/Civil中的SPC模塊對內(nèi)置勁性骨架進行截面分析，由于內(nèi)置勁性骨架為鋼箱混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合計算機的處理能力，擬應(yīng)用兩次截面等效來求得勁性骨架對截面參數(shù)的影響。

骨架在換算截面后，將等效鋼截面輸入箱梁截面，考慮鋼材和混凝土的材料差異進行截面換算。以混凝土為基準材料，對截面進行分析并與普通混凝土箱梁截面進行對比。

根據(jù)計算，采用內(nèi)置勁性骨架合龍施工較采用外置勁性骨架施工，大橋合龍后跨中箱梁截面面積調(diào)整系數(shù)及沿橋縱向慣性矩調(diào)整系均有所增加。內(nèi)置勁性骨架較無骨架箱梁對截面面積及抗彎慣性矩有較大提高。

采用內(nèi)置勁性骨架或外置勁性骨架合龍對橋梁整體結(jié)構(gòu)的軸力及剪力結(jié)果影響很小，對彎矩有明顯影響。彎矩的差異在跨中斷面處最大；隨著計算截面遠離跨中，影響逐漸減小?？梢哉J為，大橋內(nèi)置勁性骨架對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響區(qū)域為跨中范圍內(nèi)。

3.2.2 內(nèi)、外置勁性骨架對結(jié)構(gòu)長期內(nèi)力的影響

橋梁在服役期內(nèi)，隨著時間的變化，混凝土收縮、徐變以及預(yù)應(yīng)力損失導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)變化。而采用內(nèi)置勁性骨架進行合龍施工的橋梁，由于鋼骨架在合龍后留在腹板內(nèi)，使結(jié)構(gòu)的受力復(fù)雜化。橋梁在合龍后，內(nèi)置勁性骨架箱梁對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響，以時間為軸，計算結(jié)構(gòu)在永久作用下1～5年的內(nèi)力變化趨勢，并與普通箱梁（外置勁性骨架合龍施工）進行對比分析。

采用內(nèi)置勁性骨架或外置勁性骨架合龍對橋梁剪力影響結(jié)果微小，可以忽略；隨著橋梁服役時間的增加，結(jié)構(gòu)軸力不斷減小，彎矩逐漸增加，表明混凝土收縮、徐變時變行為影響顯著，預(yù)應(yīng)力損失逐漸增加，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不斷惡化，但內(nèi)力變化逐漸放緩至穩(wěn)定狀態(tài)。

十年服役期內(nèi)，截面彎矩及剪力變化不大，軸力不斷減小；經(jīng)橫向比較，內(nèi)外置勁性骨架對該截面內(nèi)力的影響一直較小，表明該橋內(nèi)置勁性骨架對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響區(qū)域沒有發(fā)生變化，跨中范圍內(nèi)仍為有效影響區(qū)域。

4 結(jié)語

1）本文選擇了一座合龍方式“由內(nèi)轉(zhuǎn)外”的橋梁作為本文依托工程。

2）利用MIDAS/Civil 6.71軟件中的SPC模塊分析了內(nèi)置勁性骨架對箱梁截面參數(shù)的影響；利用平面桿系橋梁專用程序分析了內(nèi)置勁性骨架對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響區(qū)域。

3）以時間為軸，計算了結(jié)構(gòu)自合龍至服役十年時永久作用下的內(nèi)力變化情況，通過對采用兩種合龍方式施工橋梁的內(nèi)力狀態(tài)進行比較，得出了采用內(nèi)置勁性骨架施工的橋梁合龍段在內(nèi)力狀態(tài)上優(yōu)于采用外置勁性骨架施工的橋梁的結(jié)論。

參考文獻

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