大跨度連續(xù)剛構(gòu)合龍頂推效應(yīng)分析

張丹華，廖 瑾，漆理慧

（中國(guó)公路工程咨詢(xún)有限公司，北京 100078）

1 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，其綜合了T型剛構(gòu)橋在懸臂施工中保持體系平衡的特點(diǎn)，又吸收了連續(xù)梁橋在整體受力上能承受正負(fù)彎矩的優(yōu)點(diǎn)，所以在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。連續(xù)剛構(gòu)橋一般應(yīng)用于大跨度橋梁，由于整個(gè)結(jié)構(gòu)屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，因而由預(yù)加應(yīng)力、混凝土收縮徐變和溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)縱向位移將在體系中產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，對(duì)箱梁及主墩的受力產(chǎn)生不利影響。在合龍的施工過(guò)程中，合龍時(shí)的實(shí)際溫度同設(shè)計(jì)溫度可能會(huì)有偏差，此溫差也會(huì)使梁體產(chǎn)生位移，引起主墩偏位，產(chǎn)生次內(nèi)力。

為了消除上述的不利影響，可以在連續(xù)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行跨中合龍時(shí)，對(duì)梁體施加一個(gè)朝向橋臺(tái)的水平推力，使橋墩產(chǎn)生一個(gè)預(yù)偏位來(lái)抵抗結(jié)構(gòu)由于收縮徐變、合龍溫差等引起的不利影響，改善箱梁應(yīng)力，并能有效減小橋墩根部彎矩，改善橋墩受力。

2 工程簡(jiǎn)介

2.1 工程背景

龍藏溝特大橋?yàn)閺堃粗梁幽瞎吠手炼喔Ｍ投喂饭こ虜M建的特大橋。橋長(zhǎng)1467m，全橋共9聯(lián)，5×40+（67+125+67）+4×40+3×40+3×（4×40）+2×（3×40），第2聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)型式，本文以龍藏溝特大橋的第二聯(lián)進(jìn)行合龍頂推效應(yīng)分析。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

上部結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。箱梁頂寬10m，底寬6m，懸臂長(zhǎng)度2m。合攏段中心梁高2.6m，頂板厚度0.28m，底板厚度0.32m。0號(hào)塊根部梁高7.6m，頂板厚度0.28m，底板厚度1m。箱梁梁高、底板厚自根部至跨中按1.8次拋物線變化。剛構(gòu)墩為實(shí)體雙薄壁墩，墩高分別為83m、73m。

本橋采用懸臂施工，共15個(gè)懸臂現(xiàn)澆段。箱梁和橋墩均采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，單根鋼絞線直徑Φj=15.2mm，鋼絞線面積139mm2，fpk=1860MPa，彈性模量EP=1.95×105MPa。

3 合龍頂推力的計(jì)算及影響分析

3.1 建模參數(shù)

結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士計(jì)算程序，全橋劃分為195個(gè)單元，216個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中上部結(jié)構(gòu)單元91個(gè)，橋墩單元104個(gè)。墩頂節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)箱梁節(jié)點(diǎn)鋼性連接，墩底固接，兩邊跨設(shè)置豎向支撐。全橋分為54個(gè)施工階段，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，車(chē)輛荷載等級(jí)為公路—Ⅰ級(jí)。全橋按照對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑、邊跨合龍、中跨合龍的順序施工。橋梁模型如圖1所示。

圖1 橋梁模型圖

3.2 分析思路

首先按照中跨合龍時(shí)不施加頂推力，用橋梁博士計(jì)算軟件計(jì)算出正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合下兩個(gè)雙肢薄壁墩頂形心處的相對(duì)位移量Δ，用式（1）計(jì)算應(yīng)該施加的頂推力P，公式中各項(xiàng)參數(shù)如圖2所示。式（1）為近似計(jì)算公式，會(huì)有一定偏差。之后重新建模，在中跨合龍階段施加頂推力P，重新運(yùn)行程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合下兩個(gè)雙肢薄壁墩墩頂形心處的相對(duì)位移量Δ'，當(dāng)Δ'大于Δ時(shí)，減小水平推力P的值，當(dāng)Δ'小于Δ時(shí)，增大水平推力P的值，當(dāng)|Δ'?Δ|/Δ<0.05時(shí)，認(rèn)為此時(shí)施加的水平推力P可以消除成橋后由于合龍溫差、收縮徐變等引起的不利影響。

式中 l1、l3——為薄壁墩的凈高；

I1、I3——為薄壁墩的慣性矩；

E——為薄壁墩混凝土的彈性模量；

Δ——為薄壁墩墩頂之間的相對(duì)位移

圖2 公式參數(shù)示意圖

3.3 頂推力計(jì)算結(jié)果

在中跨合龍的實(shí)際頂推過(guò)程中，受箱梁結(jié)構(gòu)所限，無(wú)法在箱形截面形心處施加頂推力，頂推力是在腹板梗肋處施加。頂推力施加位置如圖3所示?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整四個(gè)頂推點(diǎn)力的大小，保證四點(diǎn)合力對(duì)箱形截面形心處力矩為0，不產(chǎn)生對(duì)截面形心的附加彎矩。

圖3 千斤頂頂推位置示意圖

在合龍不施加頂推力的情況下，左墩雙肢薄壁墩頂形心處的位移為28.8mm，右墩雙肢薄壁墩頂形心處的位移為?30.5mm，由式（1）計(jì)算出頂推力P為1210kN，再通過(guò)反復(fù)試算，最終求得理論頂推力為1300kN。

表1列出了施加不同的頂推力，對(duì)結(jié)構(gòu)的作用結(jié)果。從表格中可以看出當(dāng)中跨合龍時(shí)，頂推力設(shè)置為1300kN時(shí)，有效的改善了墩底彎矩，雙墩的墩底彎矩減小了約51%，同時(shí)也有效的提高了箱梁下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備，改善了箱梁的應(yīng)力分布，提高了結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。

表1 不同頂推力的作用結(jié)果

4 結(jié)論

大跨徑混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在中跨合龍時(shí)施加頂推力，以使橋墩產(chǎn)生一個(gè)預(yù)偏位，來(lái)消除橋梁結(jié)構(gòu)的收縮徐變、合龍溫差等因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響，在實(shí)際工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。

本文通過(guò)對(duì)龍藏溝特大橋連續(xù)剛構(gòu)段中跨合龍?jiān)O(shè)置不同頂推力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，總結(jié)了以下三點(diǎn)：

（1）設(shè)置合理的頂推力可以有效的減小橋墩根部彎矩，降低橋墩應(yīng)力水平，改善橋墩受力狀態(tài)，同時(shí)也可有效的提高箱梁下緣壓應(yīng)力的安全儲(chǔ)備。

（2）通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，按照式（1）對(duì)頂推力進(jìn)行的估算與有限元計(jì)算終值基本吻合，說(shuō)明該公式作為一種簡(jiǎn)便的力學(xué)計(jì)算方法，可以采納。

（3）本文在頂推力計(jì)算過(guò)程中，是通過(guò)消除墩頂水平位移來(lái)計(jì)算的合龍頂推力，還有學(xué)者研究提出用消除主梁拉力法來(lái)計(jì)算合龍頂推力。在計(jì)算連續(xù)剛構(gòu)橋梁時(shí)，不同的合龍順序，也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，橋梁設(shè)計(jì)工作者在進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要針對(duì)不同的工況進(jìn)行計(jì)算分析。

[1] 劉效堯，徐岳.梁橋[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 鄒毅松，單榮相.連續(xù)剛構(gòu)橋合龍頂推力的確定[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（4）.