大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推位移與頂推力淺析

管東銀，楊文志，袁小林，徐 容

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029；2.天津濟(jì)潤(rùn)石油海運(yùn)服務(wù)有限公司，天津 300171)

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推位移與頂推力淺析

管東銀1，楊文志1，袁小林2，徐 容1

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029；2.天津濟(jì)潤(rùn)石油海運(yùn)服務(wù)有限公司，天津 300171)

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推，可以減小由混凝土收縮、徐變和整體升溫降溫所引起主墩中的次內(nèi)力。文章以武宣縣黔江大橋?yàn)槔?，介紹中跨合龍頂推位移與頂推力的計(jì)算與分析方法，為連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推位移與頂推力的確定提供參考。

連續(xù)剛構(gòu)橋；中跨合龍；頂推位移；頂推力

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋綜合了T型剛構(gòu)橋在懸臂法施工中保持體系平衡的特點(diǎn)，又吸取了連續(xù)梁橋在整體受力上能承受正、負(fù)彎矩的優(yōu)點(diǎn)[1]，施工技術(shù)成熟、方便，所以在工程實(shí)踐中得到廣泛應(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)連接成一個(gè)整體，屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，因而由預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)縱向位移將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的次內(nèi)力[1]。中跨合龍前，對(duì)主梁施加一個(gè)頂推力，使主墩產(chǎn)生預(yù)偏，可以有效地減小上述的次內(nèi)力。本文以武宣縣黔江大橋?yàn)槔榻B中跨合龍頂推位移與頂推力的計(jì)算與分析方法。根據(jù)實(shí)際合龍溫度，修改計(jì)算低溫合龍時(shí)的頂推位移與頂推力。最后介紹了實(shí)施的頂推位移與頂推力，以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推位移與頂推力的確定提供參考。

1 工程方案簡(jiǎn)介

黔江大橋位于廣西來(lái)賓市武宣縣，為跨越黔江而設(shè)。主橋?yàn)?106+200+106)m

三跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。主墩為雙薄壁柔性墩，基礎(chǔ)為承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)[3]。

橋?qū)?7.9 m，上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱單室截面，三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。箱寬9.5 m，翼板懸臂4.2 m，全寬為17.9 m。箱梁高度采用1.7次拋物線方式從箱梁根部高13.2 m變化至端部及跨中高3.6 m；箱梁底板厚度采用1.6次拋物線方式從箱梁根部厚1.3 m變化至端部及跨中厚0.35 m[3]。

主墩墩身為鋼筋混凝土雙薄壁墩，墩寬9.5 m，另上下游增加75 cm的圓端分水尖，全寬11 m。薄壁厚度為2 m，采用C40混凝土。主墩周?chē)有膫?cè)及上下游各設(shè)置一排防撞柱。橋型布置如圖1所示。

圖1 黔江大橋主橋橋型布置立面圖(單位：cm)

2 合龍方案

箱梁合龍，即體系轉(zhuǎn)換，是控制全橋受力狀態(tài)和線形的關(guān)鍵工序。因此合龍順序和工藝都必須嚴(yán)格控制。本橋分二個(gè)合龍階段，第一階段合龍邊跨，第二階段合龍中跨[3]。

為了減少混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)縱向位移在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的次內(nèi)力。中跨合龍段勁性骨架鎖定封焊前，實(shí)施頂推操作。頂推操作以頂推位移值為控制，以頂推力為核對(duì)。合龍段施工過(guò)程中應(yīng)特別注意以下兩條：盡量減小箱梁懸臂日照溫差，注意保溫和保濕養(yǎng)護(hù)，以免混凝土開(kāi)裂；合龍溫度宜控制在15 ℃～20 ℃之間，否則應(yīng)根據(jù)合龍溫度調(diào)整頂推位移值[3]。

3 理論計(jì)算頂推力與頂推位移

設(shè)計(jì)合龍溫度假定在15 ℃～20 ℃之間，與武宣當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁亟咏?。所以在?jì)算中跨合龍頂推位移量時(shí)，只考慮成橋后，混凝土收縮、徐變引起的主墩墩頂縱向位移量。

本橋頂推的計(jì)算主要采用有限元軟件Midas/Civil。黔江大橋模型共有402個(gè)節(jié)點(diǎn)，365個(gè)梁?jiǎn)卧蚨张c上部結(jié)構(gòu)、主墩承臺(tái)與墩身、主墩承臺(tái)與群樁頂、群樁底與地基之間均采用剛性連接。

圖2 黔江大橋主橋有限元模型圖

收縮、徐變終止時(shí)間設(shè)定為成橋后10年。計(jì)算出主墩墩頂受混凝土收縮、徐變影響而產(chǎn)生的縱向位移量詳見(jiàn)表1(均以3號(hào)墩往4號(hào)墩方向?yàn)檎?。

表1 成橋后10年混凝土收縮、徐變產(chǎn)生的墩頂縱向位移量表(單位：mm)

通過(guò)試算，采用頂推力為2 900 kN時(shí)，3號(hào)墩墩頂縱向位移為-22.29 mm，4號(hào)墩墩頂縱向位移為20.98 mm，與墩頂受混凝土收縮、徐變影響而產(chǎn)生的縱向位移量接近。所以設(shè)計(jì)提供的頂推力與頂推墩頂相對(duì)位移量分別為2 900 kN與43.27 mm。

4 施工中采用的頂推力與頂推位移

本橋?qū)嶋H的中跨合龍時(shí)間在12月，晚上12點(diǎn)頂推。根據(jù)合龍前幾天的氣溫統(tǒng)計(jì)及天氣預(yù)報(bào)，初定的合龍溫度為10 ℃。屬于低溫合龍，低于設(shè)計(jì)合龍溫度。低溫合龍能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利變形，所以在計(jì)算頂推位移時(shí)，應(yīng)該將升溫效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有利變形計(jì)算在內(nèi)?？紤]整體升溫10 ℃對(duì)主墩墩頂縱向位移量的影響。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 墩頂頂推縱向位移量表(單位：mm)

通過(guò)試算，采用頂推力為1 500 kN時(shí)，3號(hào)墩墩頂縱向位移為-11.58 mm，4號(hào)墩墩頂縱向位移為10.93 mm，與表2中墩頂縱向位移量接近。所以根據(jù)合龍溫度調(diào)整后的頂推力與頂推墩頂相對(duì)位移量分別為1 500 kN與24.70 mm。為了保證頂推過(guò)程中，以及成橋后與混凝土收縮、徐變完成前整體升溫工況下主墩墩底的安全，最大頂推力應(yīng)控制在3 600 kN。

施工過(guò)程中，頂推加載分成10級(jí)，每級(jí)360 kN。在邊跨端部及中跨合龍段上下游各設(shè)置一個(gè)百分表。按照同步、逐級(jí)加載的原則。每級(jí)頂推時(shí)，記錄百分表讀數(shù)并同時(shí)換算出邊跨端部位移及中跨合龍段的相對(duì)位移。21時(shí)開(kāi)始第一級(jí)頂推，在24時(shí)加載至第九級(jí)，頂推力為3 240 kN。2號(hào)墩主梁端部位移為12.645 mm，5號(hào)墩主梁端部位移為12.158 mm。根據(jù)中跨合龍段百分表度數(shù)換算出的中跨合龍段相對(duì)位移為30.095 mm。由簡(jiǎn)單受力分析可知，邊跨端部位移量之和與主墩墩頂相對(duì)位移較接近。中跨合龍段相對(duì)位移為主墩墩頂相對(duì)位移與頂推力引起的中跨部分箱梁混凝土壓縮量之和。所以在頂推力加載到3 240 kN時(shí)，主墩墩頂相對(duì)位移為24.803 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)值24.70 mm。停止增加頂推力，保持3 240 kN頂推力兩小時(shí)后，進(jìn)行中跨合龍段勁性骨架鎖定封焊。

5 合龍頂推對(duì)橋梁長(zhǎng)期使用中主墩內(nèi)力的影響

中跨合龍頂推，能夠減小混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)縱向位移在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的次內(nèi)力[1]。通過(guò)施加中跨合龍頂推力與不施加中跨合龍頂推力兩種情況的對(duì)比計(jì)算，成橋10年時(shí)，墩身最大彎矩結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 墩身彎矩表(單位：kN·m)

由表3可見(jiàn)，施加中跨合龍頂推力較不施加中跨合龍頂推力，成橋10年時(shí)，主墩墩頂受到的最大彎矩減小53.8%，墩底受到的最大彎矩減小47.1%。達(dá)到預(yù)期的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

中跨合龍頂推力的施加，有效地減小了由混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)縱向位移在主墩中產(chǎn)生的次內(nèi)力[1]，改善了結(jié)構(gòu)的受力狀況，保證了大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁運(yùn)營(yíng)期間主墩的安全。

為了達(dá)到理論計(jì)算的頂推位移，實(shí)際所用的頂推力是理論計(jì)算值的2.16倍。通過(guò)分析，原因主要為主橋邊跨支座的摩阻力，主墩墩身實(shí)際剛度較理論計(jì)算值大。

[1]劉效堯，徐 岳.梁橋(第二版)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.桂平至來(lái)賓高速公路兩階段施工圖設(shè)計(jì)[R].2010.

Discussions on Midspan Closure Jacking Displacement and Jacking Force of Large-span Continuous Rigid Frame Bridge

GUAN Dong-yin1，YANG Wen-zhi1，YUAN Xiao-lin2，XU Rong1

(1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029；2.Tianjin Jirun Oil Marine Service Co.，Tianjin，300171)

The midspan closure jacking of large-span continuous rigid frame bridge can reduce the secondary internal force in the main pier caused by the concrete shrinkage，creep，and overall warming and cooling.Taking Qianjiang Bridge in Wuxuan County as an example，this article introduced the calculation and analysis methods of midspan closure jacking displacement and jacking force，thereby providing the reference for de-termining the midspan closure jacking displacement and jacking force of continuous rigid frame bridge.

Continuous rigid frame bridge；Midspan closure；Jacking displacement；Jacking force

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.018

1673-4874(2015)04-0063-03

2015-03-06

管東銀，工程師，主要從事公路橋梁勘察設(shè)計(jì)工作。