多聯(lián)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋合龍順序?qū)Τ蓸驙顟B(tài)的影響分析

楊紹舉

(沈陽鐵路局，遼寧 沈陽 110001)

多聯(lián)大跨連續(xù)梁施工中，合龍方案的選擇對連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力和施工監(jiān)控提供的預(yù)拋高、支座預(yù)偏量會產(chǎn)生明顯的影響[1]。常見的合龍方案包括邊跨至中跨順序合龍、中跨至邊跨順序合龍、全橋一次性合龍等[2-3]。文獻[4-5]以三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工控制為例，分析了先邊跨后中跨與先中跨后邊跨2種合龍順序?qū)蛄何灰坪褪芰Φ挠绊?，在施工周期、混凝土收縮徐變等相同條件下，認為先邊跨后中跨合龍的施工順序得到的成橋累積位移和應(yīng)力更均勻。文獻[6-10]分析了不同合龍順序?qū)Χ嗫珙A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁成橋狀態(tài)的影響，提出以成橋應(yīng)力和累積位移變化范圍最小為原則，作為判別該類結(jié)構(gòu)體系的合理合龍順序。

本文以一座9跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工為依托，分析合龍順序?qū)Τ蓸驙顟B(tài)的影響，綜合比較不同合龍順序下的計算結(jié)果，確定在其他因素不變的情況下的合理合龍順序。

1 工程概況

遼寧沈丹鐵路一座特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為(64 +7×108+64)m的9跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,橋梁總體布置見圖1。梁體采用單箱單室變高度直腹板箱形截面，主墩墩頂6.0 m范圍內(nèi)梁高相等,梁高8.40 m，跨中及邊墩墩頂現(xiàn)澆段梁高4.80 m，拋物線方程為y=0.003 149x1.8。箱梁頂寬7.0 m，箱梁底寬5.8 m。箱梁0#段長10 m，每個T構(gòu)縱向劃分為13個對稱梁段。梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為3×3 m，2×3.5 m，8×4 m，1#—13#梁段采用三角掛籃懸臂澆筑施工。邊跨現(xiàn)澆段長9.75 m，全橋共9個合龍段，合龍段長度均為2 m。

2 有限元模型及合龍方案

2.1 有限元模型

連續(xù)梁結(jié)構(gòu)分析采用MIDAS/Civil有限元分析軟件，全橋共劃分291個單元，292個節(jié)點，共設(shè)57個施工階段，具體參數(shù)和荷載選取如下。

1)混凝土

連續(xù)梁橋主梁混凝土強度等級為C55，彈性模量為3.60×104MPa，混凝土平均加載齡期按10 d計算，終極齡期按 1 500 d計算。

2)預(yù)應(yīng)力鋼筋

縱向鋼束張拉控制應(yīng)力分別為σcon=0.66fpk(腹板)和σcon=0.67fpk(其余部位)，橫向鋼束張拉控制應(yīng)力為σcon=0.70fpk。其中，預(yù)應(yīng)力鋼筋承載力標準值fpk=1 860 MPa。預(yù)應(yīng)力鋼筋管道摩阻系數(shù)取0.23，管道偏差系數(shù)為 0.002 5，兩端錨具回縮6 mm。

3)恒載

連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)恒載包括結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備的自重、預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)變位引起的內(nèi)力等，而橋面附屬設(shè)備以二期恒載的形式作用在橋面上，大小為75 kN/m。

4)活載

設(shè)計活載：中-活載，活載動力系數(shù)為1.087。

5)溫度力

橋梁合龍溫度為10～15 ℃，偏于安全地考慮結(jié)構(gòu)整體升溫20 ℃、降溫20 ℃(不含混凝土收縮影響)及橋面頂板升溫5 ℃對結(jié)構(gòu)的影響，混凝土線膨脹系數(shù)為1.0×10-5。以上溫度模式按實際最不利情況組合。

6)基礎(chǔ)不均勻沉降

連續(xù)梁橋相鄰兩橋墩的基礎(chǔ)不均勻沉降量一般為2 cm，考慮混凝土收縮徐變對基礎(chǔ)不均勻沉降的有利影響，取不均勻沉降量的50%進行內(nèi)力組合計算。

7)支座摩阻力

活動支座摩阻力只考慮恒載作用引起的支座摩阻力，一般支座摩阻力為0.05倍恒載。

8)施工臨時荷載

本文中主要考慮掛籃荷載，每套掛籃按80 t 計算。

9)特殊荷載

特殊荷載包括地震力、施工荷載等。連續(xù)梁橋所處地區(qū)地震基本烈度為7度，地震設(shè)計的主要參數(shù)為場地土特征周期0.4 s，地震動峰值加速度0.15g，Ⅲ類場地土。

2.2 合龍方案

根據(jù)該橋的特點及多聯(lián)大跨度連續(xù)梁橋的特殊性，提出3種可行的合龍方案，見表1。

表1 3種合龍方案

3種合龍方案均采用邊合龍邊轉(zhuǎn)換體系模型，且全部合龍完成后集體拆除臨時支撐，即全部合龍完成后再進行體系轉(zhuǎn)換。

3 合龍方案比較

在恒荷載作用下3種合龍方案的豎向位移如圖2所示。3種合龍方案的支座預(yù)偏量如圖3所示，其中，預(yù)偏量負值表示向小里程側(cè)方向,42#墩為固定墩。

圖2 3種合龍方案的豎向位移(單位：m)

圖3 3種合龍方案的支座預(yù)偏量

最后一批合龍段張拉后3種合龍方案各跨截面最大應(yīng)力見表2，其中，負值為壓應(yīng)力。

表2 3種合龍方案各跨截面最大應(yīng)力 MPa

由圖2、圖3和表2可知：

1)3種合龍方案在恒荷載作用下位移變化趨勢比較接近。對比3種方案，方案1的最大豎向位移最小，發(fā)生在第2跨和第8跨，最大豎向位移為-0.035 m；方案3的最大豎向位移最大，發(fā)生在中跨(第5跨)，最大豎向位移為-0.042 m。方案3的支座預(yù)偏量最大，方案2的預(yù)偏量最小。方案3的應(yīng)力最大，方案1的應(yīng)力最小。

2)綜合累積豎向位移、支座預(yù)偏量、各跨截面最大應(yīng)力3個控制因素，合龍方案1要優(yōu)于其他2種方案，采用方案1更合理。

3)采用方案1合龍施工時，結(jié)構(gòu)全部合龍后進行體系轉(zhuǎn)換的支座預(yù)偏量要偏大一些，施工時應(yīng)按照規(guī)范[11]中規(guī)定的支座安裝溫度對支座預(yù)偏量進行調(diào)整。合龍后進行體系轉(zhuǎn)換時，應(yīng)實時監(jiān)測支座位移變化情況，確保變形符合預(yù)測值。

4 結(jié)語

本橋施工監(jiān)控過程中，通過嚴格控制現(xiàn)場施工，懸臂澆筑節(jié)段的高程與計算要求的高程基本吻合，各截面應(yīng)力與模型預(yù)測值基本符合。最終全橋合龍口最大誤差僅為7.2 mm，滿足規(guī)范要求。

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