沁河大橋連續(xù)剛構(gòu)合攏的研究

覃巍巍

（柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545006）

沁河大橋連續(xù)剛構(gòu)合攏的研究

覃巍巍

（柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545006）

預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛運用于橋梁懸臂澆筑的高墩實際工況中。針對高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合攏的順序和方式,通過實際橋型的計算及模擬分析,針對幾種備選方式進(jìn)行驗證,最后得出不同工況下的選擇方式和意義,為今后高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工提供參考。

橋梁施工；高墩；預(yù)應(yīng)力；連續(xù)剛構(gòu)；合攏

0 引言

采用懸臂澆筑施工的高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合攏施工技術(shù)主要包括如下幾個方面的內(nèi)容:合攏順序選擇、合攏方式、合攏段臨時鎖定方案設(shè)計、合攏施工的時間選擇、體系轉(zhuǎn)換以及施工配重等。對于高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋來說,合龍方式的設(shè)計尤為重要。以沁河大橋100 m+ 180 m+100 m連續(xù)剛構(gòu)橋為工程背景,通過對比計算來研究合攏方式、合攏順序?qū)Τ蓸蚝蠼Y(jié)構(gòu)受力情況的影響以及各自的適用條件。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合攏方式的設(shè)計

根據(jù)不同的地形、合攏后結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化以及施工單位的施工技術(shù)力量,連續(xù)剛構(gòu)橋的合攏可采用不同的方式。目前根據(jù)所采用的施工工藝大體上可分為五類:

（1）方案一:落地支架上完成現(xiàn)澆段和邊跨合攏段澆注,再合攏中跨。

落地支架上完成現(xiàn)澆段和邊跨合攏段澆注,一般適用于地勢平坦、橋墩不高、地質(zhì)條件良好,容易搭設(shè)支架的地方,其邊中跨之比大致在0.55～0.58范圍內(nèi)。

（2）方案二:落地支架上澆注現(xiàn)澆段,在吊架上完成邊跨合攏段,最后合攏中跨。

落地支架上完成現(xiàn)澆段澆注,在吊架上澆注邊跨合攏段。適用于地勢平坦、橋墩不高、地質(zhì)條件良好,容易搭設(shè)支架的地方。采用方案二合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋,其邊中跨之比大致控制在0.55～0.58范圍內(nèi)[1]。

（3）方案三:導(dǎo)梁上完成現(xiàn)澆段和邊合攏段澆注,再合攏中跨。

在邊跨懸臂及交界墩上搭設(shè)導(dǎo)梁,支承在邊跨上,利用導(dǎo)梁完成邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合攏段的澆注。方案三主要適用于橋墩較高、搭設(shè)支架不經(jīng)濟(jì)的橋位,其邊中跨之比大致在0.54～0.56范圍內(nèi)。

（4）方案四:不對稱懸澆后,先邊跨后中跨合攏

地區(qū)建造橋梁,山高谷深,導(dǎo)致橋墩特別高。如果采用落地支架澆注邊跨現(xiàn)澆段及邊跨合攏段,不僅費材費力、施工難度大,而且也很難保證支架不發(fā)生不均勻沉降。由于邊墩很高,如果采用導(dǎo)梁方式合攏,導(dǎo)梁的重量以及現(xiàn)澆段和合攏段的重量對邊墩將產(chǎn)生很大的軸力和彎矩,從而對邊墩的受力非常不利。因此,當(dāng)T構(gòu)施工到最大懸臂后,在中跨的最大懸臂處添加配重,邊跨繼續(xù)懸澆,最后與邊墩托架上澆注好的現(xiàn)澆段合攏[2]。

（5）方案五:懸澆到最大懸臂狀態(tài)后,先中跨后邊跨合攏

當(dāng)連續(xù)剛構(gòu)橋懸澆到最大懸臂狀態(tài)后,先合攏中跨,然后繼續(xù)懸澆邊跨,與此同時在邊墩上搭設(shè)托架澆注邊跨現(xiàn)澆段,最后利用吊架完成邊跨合攏[3]。

2 仿真分析

高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的恒載內(nèi)力由各施工階段的內(nèi)力疊加而成,根據(jù)不同合龍順序和方式計算出不同的收縮徐變次內(nèi)力等。因高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu),顯然不同的合攏方法對橋梁成橋時的恒載內(nèi)力有很大的區(qū)別。

2.1 計算模型

縱向靜力計算按平面桿系進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,采用橋梁結(jié)構(gòu)靜力計算綜合程序QJX計算。計算假定:上部箱梁與主墩固結(jié),橋臺處支座按滑動支座考慮,主墩底按剛性各向固定支承考慮；結(jié)合設(shè)計文件的施工順序和單元劃分進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散,共劃分主梁單元149個,橋墩單元42個,永久支承單元6個[4]。如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)離散圖

2.2 荷載組合

（1）施工階段

恒載+施工荷載

（2）運營階段

組合1:恒載

組合2:恒載+公路—Ⅰ級

組合3:恒載+掛車-120

組合4:恒載+公路—Ⅰ級+溫度組合Ⅰ

組合5:恒載+公路—Ⅰ級+溫度組合Ⅱ

2.3 計算結(jié)果

（1）成橋階段箱梁控制截面應(yīng)力見表1（表中數(shù)值符號規(guī)定:壓應(yīng)力為正,拉應(yīng)力為負(fù)）。

表1 成橋階段箱梁控制截面應(yīng)力 kg/cm2

由成橋階段箱梁各控制截面應(yīng)力數(shù)據(jù)分析可知:

a.不管采用哪種方案合攏,成橋后各控制截面的最大壓應(yīng)力 σ均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 0.70 fck=0.70× 355=248.5 kg/cm2,滿足規(guī)范要求；

b.采用方案五合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋,成橋后在懸臂根部、跨中以及邊跨支座處的下緣壓應(yīng)力儲備最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋,成橋后在懸臂根部、跨中以及邊跨支座處的下緣壓應(yīng)力儲備最小。

（2）運營階段各荷載組合情況下箱梁控制截面最大和最小應(yīng)力見表2。

由數(shù)據(jù)分析可知:

a.不管采用哪種方案合攏,運營階段各控制截面的最大壓應(yīng)力 σkc+σpt都以組合4為最不利工況,但其最大壓應(yīng)力也均小于 0.5 f’ck=0.5× 355=177.5 kg/cm2規(guī)范要求。

b.用方案五合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋,在運營階段各種荷載組合下的下緣最大和最小壓應(yīng)力儲備均最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋,在運營階段各種荷載組合下的下緣最大和最小壓應(yīng)力儲備均最小；

e.由以上成橋、運營階段上部箱梁正應(yīng)力計算結(jié)果,可以看出在各工況下主梁各截面應(yīng)力均滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)均為安全。

（3）箱梁主拉應(yīng)力

箱梁控制截面主拉應(yīng)力見表3、表4。

由箱梁控制截面主拉應(yīng)力數(shù)據(jù)可知:不管采用哪種方式合攏,其結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力變化均不是特別大,而且值均較小,滿足規(guī)范,表明結(jié)構(gòu)較為安全。

（4）主墩內(nèi)力計算

成橋、運營階段墩身內(nèi)力見表5。

由以上數(shù)據(jù)可以看出,方案一和方案二合攏后的連續(xù)剛構(gòu)橋,其墩頂、墩底受力最小,方案三、方案四依次次之,方案五合攏后的連續(xù)剛構(gòu)橋的墩頂、墩底受力較大。

3 結(jié)論

（1）方案一:落地支架上完成現(xiàn)澆段和邊跨合攏段澆注,再合攏中跨。這種合攏方式完成的連續(xù)剛構(gòu)橋,不論是在成橋階段還是在運營階段,各控制截面下緣的壓應(yīng)力儲備均最小,而且方案一只適合于地勢平坦、橋墩不高、地質(zhì)條件良好,容易搭設(shè)支架的地方,其邊中跨之比大致在0.55～0.58范圍內(nèi)。

表2 運營階段各荷載組合情況下箱梁控制截面最大和最小應(yīng)力 kg/m2

（2）方案二:落地支架上完成現(xiàn)澆段、吊架上澆注邊跨合攏段,再合攏中跨。這種合攏方式取消邊跨合龍支架,增加邊跨合攏的穩(wěn)定性。這種方式合攏的連續(xù)剛構(gòu)橋在成橋后墩頂、墩底受力最?。辉诔蓸螂A段和運營階段,各控制截面下緣的壓應(yīng)力儲備在5種合攏方式中居中。如果在地勢平坦、橋墩不高、地質(zhì)條件良好、容易搭設(shè)支架的地方,可以采用方案二完成連續(xù)剛構(gòu)橋合攏。

表5 成橋、運營階段墩身內(nèi)力t/m2

（3）方案三:導(dǎo)梁上完成現(xiàn)澆段和邊跨合攏段,再合攏中跨。該方式合攏完全取消落地支架,增加邊跨合攏的穩(wěn)定性和提高施工的方便程度,并且邊跨支點在任何荷載工況下總保留有足夠的壓力,而不出現(xiàn)拉力,這樣利用導(dǎo)梁合攏邊跨,不會過多增加預(yù)應(yīng)力,是方案二的改進(jìn)版。方案三主要適合于橋墩較高、搭設(shè)支架不經(jīng)濟(jì)的橋位,其邊中跨之比大致在0.54～0.56范圍內(nèi)。

（4）方案四:不對稱懸澆后,先邊跨后中跨合攏。在山高谷深的地區(qū)建造橋梁,橋墩特別高,當(dāng)T構(gòu)施工到最大懸臂后,邊跨繼續(xù)懸澆,在中跨的最大懸臂處添加相應(yīng)的配重,最后與邊墩托架上澆注好的現(xiàn)澆段合攏,就能消除落地支架和導(dǎo)梁施工給結(jié)構(gòu)帶來的不利因素。經(jīng)仿真分析,方案四完成的連續(xù)剛構(gòu)橋不論是在成橋階段,還是在運營階段各控制截面下緣的壓應(yīng)力儲備均較大,但成橋后墩頂和墩底的內(nèi)力也不小,需在橋墩配筋時加以增強(qiáng)。

（5）方案五:最大懸臂后,先中跨后邊跨合攏。這種合攏方式同樣適用于山高谷深的地區(qū),與方案四相比合攏的順序不一樣,為方案四的變異。在5種合攏方式中,不論是在成橋階段還是在運營階段,各控制截面下緣的壓應(yīng)力儲備方案五都大,但是成橋后其橋墩頂和底的內(nèi)力也是5種合攏方式中的最大者,在橋墩配筋時需注意。

[1]賀玉娥.多跨高墩連續(xù)剛構(gòu)的設(shè)計研究 [J].黑龍江交通科技, 2012(8):70.

[2]劉建,陸新焱.基于無應(yīng)力狀態(tài)法的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案研究[J].中外公路,2013(33):110-114.

[3]徐君蘭,項海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]秦順全．橋梁施工控制無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實踐[M].北京:人民交通出版社,2007.

U445

B

1009-7716（2017）07-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.032

2017-03-16

覃巍?。?984-）,男,廣西柳州人,工程師,從事橋梁工程設(shè)計工作。