懸臂施工多跨連續(xù)梁橋合龍方案優(yōu)化研究

葉再軍　周紅云　吳學(xué)偉

(湖北省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局1)　武漢　430014)　(湖北交投鄂東南建設(shè)項(xiàng)目群有限公司2)　武漢　430074)　(湖北省交通運(yùn)輸廳隨岳高速公路管理處3)　武漢　430052)

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懸臂施工多跨連續(xù)梁橋合龍方案優(yōu)化研究

葉再軍1)周紅云2)吳學(xué)偉3)

(湖北省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局1)武漢430014)(湖北交投鄂東南建設(shè)項(xiàng)目群有限公司2)武漢430074)(湖北省交通運(yùn)輸廳隨岳高速公路管理處3)武漢430052)

多跨連續(xù)梁橋合龍口多，合龍次數(shù)多，體系轉(zhuǎn)換復(fù)雜，合龍方案對(duì)多跨連續(xù)梁施工控制非常重要.以一座九跨一聯(lián)的懸澆連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，分析了不同合龍順序及合龍束張拉時(shí)機(jī)對(duì)多跨連續(xù)梁成橋狀態(tài)應(yīng)力和撓度的影響，提出了先合龍奇數(shù)跨的合龍順序，并將合龍束進(jìn)行分次張拉的方案，根據(jù)此方案提高了施工效率，有利于施工線形控制，使成橋狀態(tài)應(yīng)力和線形更合理.

懸臂施工；多跨連續(xù)梁橋；合龍順序；分次張拉

0　引　　言

懸臂澆筑法是大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋一種常用的施工方式，主要施工過(guò)程是先采用掛籃進(jìn)行懸臂澆筑施工，再將各合龍口進(jìn)行合龍[1].在合龍施工過(guò)程中，合龍束張拉是合龍施工的一個(gè)重要工序，合龍束張拉順序直接影響著結(jié)構(gòu)次內(nèi)力及內(nèi)力重分布和位移變化情況，對(duì)成橋狀態(tài)的位移和內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生一定影響.其次，多跨連續(xù)梁橋合龍次數(shù)多，合龍次序直接關(guān)系到各墩的施工進(jìn)度安排，對(duì)工期和成本都有極大影響，通過(guò)優(yōu)化合龍順序和合龍束的張拉時(shí)機(jī)，可以節(jié)約工期，也可使結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)更合理.目前，對(duì)多跨連續(xù)梁橋合攏順序研究的文獻(xiàn)較多，文獻(xiàn)[2]以一座13跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?，分析比較了3種不同合攏順序?qū)χ髁荷?、下緣?yīng)力、豎向位移和支座縱向位移的影響，文獻(xiàn)[3-5]分別對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋先合龍邊跨后合龍中跨與先合龍中跨后合龍邊跨的方案進(jìn)行了比較分析，通過(guò)對(duì)變形和內(nèi)力的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，提出了較優(yōu)合龍順序的建議.文中綜合考慮合攏順序和合龍束張拉時(shí)機(jī)對(duì)多跨連續(xù)梁成橋狀態(tài)應(yīng)力和撓度的影響，得出了多跨連續(xù)梁橋較合理的合龍方案.

1　工程概況

某橋主橋跨徑為50.25 m+7×90 m+50.25 m九跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，橋型布置圖見圖1.墩頂處梁高5.5 m，邊跨直線段及主跨跨中處高2.7 m，箱梁橫截面為單箱單室斜腹板雙懸臂截面，腹板斜度為3∶1，箱梁頂面寬19.0 m，底寬8.75～6.92 m，兩側(cè)翼板懸臂長(zhǎng)4.5 m.主梁為縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)為C50，橋墩混凝土標(biāo)號(hào)為C40.

圖1　橋型布置圖(單位：cm)

本橋采用懸臂澆注法施工，由于墩頂所設(shè)永久支座不能承受施工過(guò)程中的不平衡彎矩，在懸臂澆注階段必須將各主墩與主梁臨時(shí)固結(jié)形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的T構(gòu)，從11#墩～18#墩共8個(gè)T構(gòu).各T構(gòu)除墩頂號(hào)塊，每邊各分為10個(gè)節(jié)段，縱向長(zhǎng)度為5×3.5 m+5×4 m，墩頂零號(hào)塊長(zhǎng)13 m，邊、中跨合龍段長(zhǎng)2 m.墩頂零號(hào)塊搭設(shè)支架澆注施工，零號(hào)塊混凝土達(dá)到強(qiáng)度張拉完預(yù)應(yīng)力后，開始拼裝加工好的掛籃，從1號(hào)塊開始采用掛籃懸臂澆注各梁段，直到梁段澆注完成并張拉預(yù)應(yīng)力后，卸除掛籃，再將各合龍口按一定順序合龍和張拉合龍束預(yù)應(yīng)力[6].

2　合龍順序及體系轉(zhuǎn)換

本橋?yàn)榫趴缫宦?lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，原設(shè)計(jì)是由邊跨向中跨的順序逐跨合龍，即按照邊跨、次邊跨、次中跨、中跨的順序進(jìn)行，以下稱為合龍方案I.由于本橋跨數(shù)較多，按逐跨合龍的方案，要合龍中跨需之前四跨逐步合龍完，如果之前的某個(gè)橋墩施工滯后，對(duì)全橋的施工進(jìn)度影響很大，對(duì)結(jié)構(gòu)受力也不利，因此，需要對(duì)該合龍順序進(jìn)行調(diào)整.調(diào)整后的合龍順序?yàn)橄群淆埰鏀?shù)跨，將單T構(gòu)靜定小合龍成Π構(gòu)，在按由邊到中的順序大合龍，以下稱為合龍方案II.具體方案為：(1)邊跨合龍(第1，9跨)；(2)其余奇數(shù)跨合龍(第3，5，7跨)；(3)第2，8跨合龍；(4)第4跨合龍；(5)第6跨合龍.采用該方案可多跨同時(shí)合龍，互不干擾，合龍影響因素較少，可加快施工進(jìn)度，提高施工效率.合龍方案III在合龍方案II的基礎(chǔ)上，對(duì)奇數(shù)跨合龍束張拉順序進(jìn)行優(yōu)化.

3　合龍順序影響分析

3.1有限元模型建立

采用有限元分析軟件MIDAS/CIVIL建立有限元模型，將其簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐职凑帐┕す?jié)段進(jìn)行劃分，由于本橋各橋墩剛度很大，建模時(shí)未考慮樁墩的影響，全橋共分個(gè)212橋面單元，389種鋼束，施工階段按擬定施工順序進(jìn)行定義.

3.2成橋狀態(tài)應(yīng)力和撓度分析

按合龍方案I及合龍方案II所確定的施工順序分別進(jìn)行前進(jìn)分析，對(duì)兩種方案成橋狀態(tài)主梁應(yīng)力和豎向撓度進(jìn)行比較分析，2種方案成橋狀態(tài)各梁段中間處上、下緣應(yīng)力見圖2～3，各梁段懸臂端豎向撓度見圖4.

圖2　各合龍方案成橋狀態(tài)主梁節(jié)段上緣應(yīng)力

圖3　各合龍方案成橋狀態(tài)主梁節(jié)段下緣應(yīng)力

圖4　各合龍方案主梁節(jié)段豎向撓度

由圖2和圖3應(yīng)力對(duì)比圖可知，2種方案下主梁上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)基本一致，各跨應(yīng)力極值位置一致，應(yīng)力值變化不大，主梁上緣最大應(yīng)力差為0.47 MPa，下緣最大應(yīng)力差1.09 MPa.

由圖4主梁豎向撓度對(duì)比圖可知，兩種方案下主梁豎向撓度變化曲線相差較大，合龍方案I豎向撓度從由邊跨到第四跨逐漸變大，到第五跨趨于穩(wěn)定，各主墩邊跨側(cè)主梁撓度以向上為主，中跨側(cè)撓度以向下為主；合龍方案II豎向撓度在邊跨和次邊跨邊跨側(cè)半幅與合龍方案I相差不大，其余各跨沿奇數(shù)跨跨中對(duì)稱布置.合龍方案I最大豎向撓度為64 mm，最小豎向撓度為-37 mm；合龍方案II最大豎向撓度為135 mm，最小豎向撓度為-70 mm，兩種方案主梁撓度最大相差149 mm.

由以上分析可知，成橋狀態(tài)主梁應(yīng)力受合龍順序影響不顯著，而豎向撓度受合龍順序影響非常明顯，由邊跨向中跨逐跨合龍，從次邊跨開始，均為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和T構(gòu)合龍，合龍完成臨時(shí)固結(jié)拆除后，在底板合龍束的作用下，合龍跨鄰跨懸臂端產(chǎn)生較大的向下位移；各奇數(shù)跨T構(gòu)合龍成Π構(gòu)，合龍拆除臨時(shí)固結(jié)后，此時(shí)結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)，在底板合龍束的作用下，合龍跨會(huì)產(chǎn)生較大的向上位移，而鄰跨懸臂端為將產(chǎn)生更大的向下位移，在后續(xù)的大合龍中，結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)，撓度變化會(huì)相對(duì)較小.

在施工控制中，梁體豎向撓度越大，則懸臂施工時(shí)各節(jié)段的豎向預(yù)拱度越大，線形誤差會(huì)更大，施工控制難度也更大，而多跨連續(xù)梁合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換較多，影響因素也較多，為便于施工控制，滿足合龍精度要求和成橋線形需要，一般選取豎向位移較小的合龍方案.

4　合龍束張拉時(shí)機(jī)優(yōu)化及分析

從上述分析可知，底板合龍束張拉時(shí)機(jī)是控制豎向撓度的一個(gè)關(guān)鍵因素，因此需要對(duì)合龍方案II中底板合龍束的張拉時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以減少豎向撓度.由于在T構(gòu)靜定小合龍成Π構(gòu)過(guò)程中，底板合龍束會(huì)使結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大位移，可考慮在此過(guò)程中只張拉部分預(yù)應(yīng)力，再全橋合龍后在張拉剩余底板合龍束[7-8].本橋第2～8跨底板合龍束由短束到長(zhǎng)束分別為B6-11，設(shè)計(jì)合龍張拉順序?yàn)橄软敯搴蟮装澹乳L(zhǎng)束后短束，為保證施工安全和達(dá)到優(yōu)化目的，在第3，5，7跨合龍時(shí)，擬先張拉B10，B11底板束，全橋合龍后再?gòu)埨瑽6-9等底板合龍束，此方案為合龍方案III.

由圖2～3可知，合龍方案III對(duì)成橋狀態(tài)上、下緣應(yīng)力影響也不大，與前兩種方案應(yīng)力趨勢(shì)一致，應(yīng)力值相差不也大，上緣與合龍方案II最大相差0.71 MPa，下緣與合龍方案II最大相差2.01 MPa，與前兩種方案相比，合龍方案III各跨應(yīng)力更均勻，受力更合理.

由圖3可知，方案III與撓度II豎向撓度變化趨勢(shì)基本一致，但撓度值較合龍方案II有明顯減小，比方案I也有所減小，合龍方案III撓度基本均向下，最大豎向撓度為41 mm，比方案II減小了94 mm， 比原設(shè)計(jì)方案I減小了23 mm.按合龍方案III所確定的施工順序?qū)蛄哼M(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，各施工工況和成橋階段結(jié)構(gòu)和撓度均滿足規(guī)范要求，說(shuō)明合龍方案III可行.

5　結(jié)　　論

文中以一座九跨一聯(lián)的懸澆連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃治隽撕淆堩樞蚣昂淆埵鴱埨瓡r(shí)機(jī)對(duì)多跨連續(xù)梁的影響分析，分析結(jié)果表明：

1) 與常規(guī)逐跨合龍順序相比，隔跨合龍順序可同時(shí)進(jìn)行多跨合龍，受其他墩施工進(jìn)度影響較小，合龍方式更靈活，兩種合龍順序連續(xù)梁成橋狀態(tài)應(yīng)力值相差不大，豎向撓度相差較大.

2) 采用隔跨合龍順序，通過(guò)對(duì)部分合龍束根據(jù)施工階段分2次張拉，可明顯減小主梁豎向撓度，也使成橋狀態(tài)主梁各跨應(yīng)力更均勻.

3) 對(duì)于多跨連續(xù)梁橋，較合理的合龍方式先合龍奇數(shù)跨，合龍束時(shí)先張拉部分合龍束，在進(jìn)行大合龍，全橋合龍后張拉未張拉的合龍束，這樣主梁豎向撓度較小，更利于施工線形控制，應(yīng)力也滿足規(guī)范要求.

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Study on the Optimization of Closure Scheme of Cantilever Construction Multi-Span Continuous Beam Bridge

YE Zaijun1)ZHOU Hongyun2)WU Xuewei3)

(HubeiTransportationDepartmentEngineeringQualitySupervisionBureau,Wuhan430014,China)1)(HubeiCommunicationinvestmentSoutheastConstructionProjectGroupCo.,LTD,Wuhan430074,China)2)(HubeiSuiyueExpresswayManagementOffice,Wuhan430052,China)3)

The multi continuous beam bridge has several closures and complex system conversions. Thus, the closure scheme is important to construction control of the multi continuous beam bridge. This paper analyses the influence of different closure orders and tension time of closure stress to the stress and deflection of the multi continuous beam bridge, and also proposes the closure order of closing the odd spans first and tensing the closure stress by several times. The method improves work efficiency, is conducive to the construction linear control, and makes the stress and line of the bridge more reasonable.

cantilever construction; multi-span continuous beam bridge; closure order; tension by several times

2016-06-25

U448.215

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.021

葉再軍(1980- )：男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣分攸c(diǎn)工程質(zhì)量監(jiān)督