連續(xù)梁合龍段剛性連接溫度影響的計算分析

蔡海玉 騰兆寶

(中鐵十局集團(tuán)第二工程有限公司，河南鄭州 450008)

0 引言

隨著城際鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，大跨度橋梁建設(shè)進(jìn)入了前所未有的高潮時期，四通八達(dá)的城鐵網(wǎng)絡(luò)不斷催生出越來越多的連續(xù)梁橋。連續(xù)梁橋的施工方法很多，對于大跨徑橋梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工則是較為成熟和便捷的。

掛籃施工的連續(xù)梁橋施工受溫度的影響較大，尤其是合龍段的施工。合龍段施工是懸臂澆筑連續(xù)梁施工和體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，梁體混凝土因晝夜溫差的影響產(chǎn)生膨脹收縮，會造成合龍段新澆混凝土的開裂，影響混凝土的受力狀態(tài)及懸澆梁體系轉(zhuǎn)換的完成。合龍段施工必須采取合理的措施，設(shè)置必要的合龍剛性支撐鎖定，使合龍段梁端保持相對固定，保證合龍段混凝土在凝固及工作過程中滿足受力狀態(tài)的設(shè)計要求，保持梁體線形，控制合龍段的施工誤差。

1 工程概況

本橋為某城際軌道交通工程中的連續(xù)箱形梁橋，橋梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂面寬11.6 m，箱梁底寬4.498 m～3.584 m，頂板厚度為60 m～35 m，按拆線變化，底板厚度35 cm～90 cm，按拋物線變化。腹板厚50 cm～80 cm，按拆線變化，全聯(lián)在端支點、中支點處共設(shè)4個橫隔板，橫隔板設(shè)有人孔，供檢查人員通過。梁長為139.84 m，計算寬度為(39.17+60+39.17)m，中支點截面中心線處梁高為4.4 m，跨中2 m直線段及邊跨10.92 m直線段截面中心線處梁高為2.8 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端75 m。橋梁采用掛籃懸臂施工，全橋分6個節(jié)段，掛籃施工完6號節(jié)段，就進(jìn)入合龍段施工，合龍段采用吊架施工。合龍順序為先邊跨后中跨。邊跨合龍段混凝土澆筑后，張拉邊跨預(yù)應(yīng)力束，解除主墩頂臨時固結(jié)，使懸臂T構(gòu)變?yōu)楹喼ЫY(jié)構(gòu);中跨合龍后，使兩個簡支結(jié)構(gòu)形成一個連續(xù)梁，完成兩次體系轉(zhuǎn)換。邊跨現(xiàn)澆段及6號塊端部腹板兩側(cè)頂板、底板上各預(yù)埋4塊40 cm高，50 cm寬，2 cm厚的鋼板，鋼板后方加焊鋼板肋進(jìn)行加強(qiáng)，梁體內(nèi)埋設(shè)加強(qiáng)鋼筋與混凝土連接增加抗拔力。支撐型鋼采用40a的雙拼槽鋼焊接而成，在混凝土澆筑前幾天凌晨最低溫度時，將支撐型鋼焊于兩側(cè)梁內(nèi)預(yù)埋的鋼板上，起到支頂作用并起部分抗拉作用，焊接時注意同一根型鋼骨架一端焊完后再焊接另一端。合龍段施工選擇一天的最低溫進(jìn)行，因混凝土澆筑后，氣溫的變化會引起梁體的伸縮變形，同時梁體左右日照溫度不同還會引起梁的扭曲變形，所以合龍段混凝土施工前需對合龍口進(jìn)行臨時鎖定，保持合龍段無相對變形。

2 計算內(nèi)容

驗算在溫度荷載作用下，剛性連接支撐的強(qiáng)度是否滿足要求。計算內(nèi)容主要包括以下部分:

1)設(shè)定在溫度升高10℃的情況下，梁體跨中受溫度荷載產(chǎn)生的內(nèi)力大小;2)剛性連接的強(qiáng)度驗算。

3 溫度荷載產(chǎn)生的內(nèi)力計算

為了保證合龍段在灌注新混凝土達(dá)到強(qiáng)度前合龍口不因梁體由于溫度變化產(chǎn)生膨脹或收縮變形而使合龍段混凝土在凝固過程中受到影響而破壞，需要進(jìn)行合龍口鎖定，中跨合龍為雙端固定，溫差引起的變形及應(yīng)力很大，故臨時鎖定可采用勁性骨架和張拉時預(yù)應(yīng)力束共同鎖定，合龍段臨時鎖定要抵抗溫度應(yīng)力、T構(gòu)兩端不平衡彎矩等多種外力，保證懸臂T構(gòu)施工安全和合龍段不出現(xiàn)裂紋。

3.1 模型建立

建模時，根據(jù)設(shè)計、施工方案及現(xiàn)場的實際情況，采用橋梁分析軟件建立主橋模型，主梁橋墩以梁單元建立，共計節(jié)點49個，46個梁單元。主橋模型見圖1。

圖1 主橋模型圖

3.2 荷載確定

計算主要是考慮主橋在溫度上升10℃時，主橋的受力情況，給主橋施加10℃的系統(tǒng)溫度。

3.3 邊界條件約束

2號墩，3號墩墩底固結(jié)，1號墩，4號墩縱向約束釋放，見圖2。

圖2 主橋邊界條件約束

3.4 計算結(jié)果

在溫度上升10℃的情況下，主梁中跨跨中受力見圖3，圖4。

由以上分析計算結(jié)果可看出:在設(shè)定溫度上升10℃的荷載作用下，主梁跨中部位受軸向壓力710 kN，彎矩2 900 kN·m。

4 剛性連接檢算

剛性連接采用40a的雙拼槽鋼，分別位于腹板的上下。

依據(jù)前面計算，可知在溫升10℃時，主梁跨中將有710 kN的軸向力，考慮到還有彎矩作用，按2倍系數(shù)驗算，即每根槽鋼承受710×2/4=355 kN。

圖3 溫度荷載作用下主梁軸力圖

圖4 溫度荷載作用下主梁彎矩圖

4.1 強(qiáng)度驗算

40a雙拼槽鋼的截面特性:A=1.484 400e+004 mm^2，Ix=3.472 576e+008 mm^4，Iy=2.428 092e+007 mm^4。

強(qiáng)度滿足要求。

4.2 穩(wěn)定性驗算

查表 5.1.2-1，x軸屬于 b類，y軸屬于 b類。

合龍段長度為2 m。

穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語

連續(xù)梁橋合龍段施工時，溫度應(yīng)力常常是混凝土梁橋產(chǎn)生裂縫的主要原因，如何在溫度變化時保證合龍段混凝土的質(zhì)量，是合龍段施工成功與否的關(guān)鍵。因此，施工中必須高度重視，剛性連接必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證合龍結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也為橋梁的安全運(yùn)營提供保障。

［1］李玉良.風(fēng)陵渡公路黃河大橋合攏段剛性支撐設(shè)計和應(yīng)用［J］.山西交通科技，1999(5):67-68.

［2］冉 超.懸臂澆筑連續(xù)梁合攏段施工與計算［J］.城市建設(shè)理論研究，2011(3):111-112.

［3］劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析［M］.北京:人民交通出版社，1991.