吉林市白山大橋連續(xù)梁合攏順序及勁性骨架方案研究

肖海龍

摘要：本文依托白山大橋連續(xù)梁合攏段施工項(xiàng)目，對(duì)連續(xù)梁合攏段施工技術(shù)進(jìn)行了分析及研究。詳細(xì)闡述了合攏段氣溫變化時(shí)軸力計(jì)算、降低軸力措施、勁性骨架設(shè)計(jì)、臨時(shí)鎖定方案、施工配重方案、施工要點(diǎn)等，為其它項(xiàng)目連續(xù)梁的合攏段施工提供參考作用。

Abstract： Based on the construction project of the continuous beam closing section of Baishan Bridge， this paper analyzes and studies the construction technology of the continuous beam closing section. The axial force calculation， the reduction measures of axial force， the stiff skeleton design， the temporary locking scheme， the construction weight scheme and the construction points are discussed in detail in the closed section temperature， which provides reference for the construction of the continuous beam of other projects.

關(guān)鍵詞：懸澆連續(xù)梁;合攏段施工;勁性骨架設(shè)計(jì);臨時(shí)鎖定

Key words： continuous casting continuous beam;construction of closed section;design of stiff skeleton;temporary locking

中圖分類號(hào)：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）11-0102-03

0 ?引言

懸澆施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在施工及運(yùn)營(yíng)期間均不對(duì)橋下結(jié)構(gòu)物、交通及凈空造成妨礙，使得橋梁的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)得以廣泛運(yùn)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，連續(xù)梁也向著大跨度、大尺寸方向發(fā)展。對(duì)于懸澆連續(xù)梁而言，合攏段的施工技術(shù)要求高，難度較大，是連續(xù)梁成橋的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合攏段的施工需確保成型后的線型，及實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁恒載等內(nèi)力分布合理，降低各項(xiàng)次內(nèi)力的不利影響。作者在白山大橋的施工中對(duì)連續(xù)梁合攏段施工工藝及技術(shù)進(jìn)行了分析及研究，制定了降低溫差軸力的措施、勁性骨架設(shè)計(jì)及施工方案等，以確保合攏段的施工質(zhì)量。

1 ?工程概況

白山大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為58m+90m+90m+58m分幅式單箱雙室變截面連續(xù)箱梁，橋墩主墩分別為Z23、Z24、Z25。連續(xù)梁每幅箱梁頂板寬17m，底板寬12m，兩翼板懸臂長(zhǎng)2.5m，箱梁頂板設(shè)置成2%單向橫坡，梁高在中橋墩處為5.6m，邊橋墩及跨中處為2.5m。

主橋采用懸臂澆筑法施工，共分為72個(gè)節(jié)段、8個(gè)合攏段、4個(gè)邊跨支架現(xiàn)澆段，懸臂段采用3對(duì)三角形掛籃懸臂對(duì)稱施工。

2 ?合攏段施工和體系轉(zhuǎn)換順序

連續(xù)橋梁采用懸臂灌注施工，為保證施工階段的穩(wěn)定，合攏順序采取先邊跨合攏，結(jié)構(gòu)由雙懸臂狀態(tài)變成單懸臂狀態(tài)，最后跨中合攏，成連續(xù)梁受力狀態(tài)。

在合攏段施工過程中，由于晝夜溫差影響，現(xiàn)澆混凝土的早期收縮、水化熱影響，已完成梁段混凝土的收縮徐變影響，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換及施工荷載等因素的影響，采取相應(yīng)的控制措施，以保證合攏段的質(zhì)量。

3 ?合攏段溫度變化荷載分析及施工方案研究

因合攏段混凝土澆筑至混凝土凝固及張拉預(yù)應(yīng)力筋前，需經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，期間外界環(huán)境氣溫通常呈現(xiàn)較大變化，外界氣溫變化導(dǎo)致連續(xù)梁梁體發(fā)生熱脹冷縮。因連續(xù)梁為線形結(jié)構(gòu)，熱脹冷縮變形累加值較大，熱脹冷縮使得合攏段兩端梁面距離的拉近或遠(yuǎn)離。在合攏段混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到足夠強(qiáng)度及張拉預(yù)應(yīng)力筋前，溫度變化使合攏段兩端面產(chǎn)生的位移導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫等病害，從而影響了連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的安全正常使用。故需對(duì)施工期氣溫變化對(duì)合攏段混凝土質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果運(yùn)用科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施確保施工質(zhì)量，以下分升溫、降溫兩種情況對(duì)連續(xù)梁合攏段施工狀況進(jìn)行分析，以便實(shí)施有效措施。

3.1 外界溫度升高時(shí)

外界環(huán)境溫度升高時(shí)，連續(xù)梁發(fā)生線性膨脹，使得合攏段長(zhǎng)度方向空間受壓縮，施工時(shí)通常在合攏段內(nèi)設(shè)置剛性的勁性骨架以保持合攏段長(zhǎng)度值的穩(wěn)定，可見勁性骨架承受溫升的軸向壓力，確保未達(dá)強(qiáng)度的混凝土不出現(xiàn)壓縮裂縫。

當(dāng)連續(xù)梁在主墩處為固結(jié)時(shí)，且合攏段內(nèi)設(shè)置鋼性支撐，其長(zhǎng)度不可壓縮的情況下，簡(jiǎn)化成溫升時(shí)連續(xù)梁按線性進(jìn)行膨脹，掛籃懸澆節(jié)段斷面大小按平均值，則按式（1）進(jìn)行溫升膨脹對(duì)勁性骨架產(chǎn)生的軸向壓力計(jì)算。

式中：N—溫升膨脹產(chǎn)生的軸向壓力;？駐t—溫度升高值;α—線膨脹系數(shù)，在兩端受約束時(shí)鋼筋及混凝土的取值均是1×10-4;l、lh、lg—分別為合攏段長(zhǎng)度、懸澆連續(xù)梁節(jié)段長(zhǎng)度和合攏口處鋼支撐長(zhǎng)度;Eg、Eh—分別為鋼筋及梁體混凝土的彈性模量，連續(xù)梁采用C50混凝土，其彈性模量取35GPa，鋼筋取200GPa;Ahi—第i段連續(xù)梁的平均斷面面積;lhi—第i段連續(xù)梁梁長(zhǎng)。

查閱吉林市氣候歷史記錄，結(jié)合本項(xiàng)目合攏段施工進(jìn)度安排，預(yù)計(jì)合攏段混凝土澆筑至張拉預(yù)應(yīng)力筋期間，最高升溫值為18℃，將溫升值及連續(xù)梁設(shè)計(jì)參數(shù)代入式（1），計(jì)算得最大溫升對(duì)勁性骨架產(chǎn)生的軸向壓力達(dá)到39306kN。此壓力值非常大，通常的型鋼材料本身及聯(lián)結(jié)處難以承受，故無(wú)法按常規(guī)方法設(shè)置勁性骨架，需降低溫升對(duì)勁性骨架產(chǎn)生的軸向壓力。

本項(xiàng)目進(jìn)行中間合攏段施工時(shí)擬采取如下施工措施以減少溫升壓力：當(dāng)中跨勁性骨架完成鎖定后，立即釋放Z23、Z25號(hào)墩臨時(shí)支座的縱向固結(jié)，當(dāng)溫升時(shí)，連續(xù)梁梁體能夠沿著橋墩支座頂部縱向自由滑移，則勁性骨架承受的軸向壓力采用式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：N—溫升時(shí)的連續(xù)梁膨脹使勁性骨架承受的軸向壓力;f—連續(xù)梁與支座間的滑動(dòng)摩阻系數(shù)，取值按0.06;Q—連續(xù)梁施加于支座上的重量荷載;Ny—合攏段臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束的張拉力。

3.2 外界溫度降低時(shí)

外界環(huán)境溫度降低時(shí)，連續(xù)梁發(fā)生線性收縮，使得合攏段勁性骨架承受軸向拉力，導(dǎo)致未達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混凝土出現(xiàn)受拉裂縫。

當(dāng)連續(xù)梁在主墩處為固結(jié)，降溫時(shí)，連續(xù)梁合攏段承受的軸向拉力也采用式（1）進(jìn)行計(jì)算，拉力值也是非常大，通常的型鋼材料本身及聯(lián)結(jié)處難以承受。在本項(xiàng)目采取釋放Z23、Z25號(hào)墩支座縱向固結(jié)的情況下，因降溫而使勁性骨架產(chǎn)生的拉力按（3）式進(jìn)行計(jì)算。

4 ?溫差使勁性骨架承受的軸向壓力計(jì)算及勁性骨架設(shè)計(jì)方案

4.1 降溫荷載分析及采取的抵抗措施

查閱本橋所處的吉林市在合攏段計(jì)劃施工期間的外界氣溫變化特征，混凝土澆筑后及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求前，預(yù)計(jì)連續(xù)梁降溫幅度最高為？駐t=8℃。按式（3）計(jì)算得降溫對(duì)勁性骨架產(chǎn)生的最大軸向拉力為：

通常是設(shè)置張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋以抵制降溫產(chǎn)生的拉力，由于本項(xiàng)目采取釋放Z23、Z25號(hào)墩支座固結(jié)的措施，大幅降低了降溫軸向拉力，故不需設(shè)置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力以抵抗降溫拉力，而采取加強(qiáng)勁性骨架承受拉力的能力，以抵抗降溫拉力。同時(shí)也減少了施工工序，降低了施工成本。

4.2 降溫荷載分析及采取的抵抗措施

前述試算可知，當(dāng)按預(yù)計(jì)最大升溫值為？駐t=18°進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)兩端墩頂固結(jié)時(shí)，溫升對(duì)梁體產(chǎn)生的軸向壓力過大，僅通過剛性支撐難以抵抗，故本項(xiàng)目是邊、中跨合攏施工時(shí)，均解除了相應(yīng)墩頂?shù)募s束，使得溫差引起的部分軸向力因梁體與支座間的滑動(dòng)而得到釋放。梁體因溫差而產(chǎn)生的軸向應(yīng)力與梁與支座間的摩擦力相等。本項(xiàng)目中跨合攏時(shí)勁性骨架所承受的升溫壓力為最大，按式（2）進(jìn)行計(jì)算。將各項(xiàng)數(shù)值代入，得：

N=2002.14×26×0.06+0=3123.3kN。

5 ?勁性骨架設(shè)計(jì)

為了防止合攏段混凝土在張拉預(yù)應(yīng)力筋之前，因外界氣溫變化引起梁體縱向膨脹或是收縮而使得混凝土出現(xiàn)開裂，故需設(shè)置勁性骨架。當(dāng)合攏段完成模板支立、鋼筋綁扎、配重之后，在設(shè)計(jì)的合攏溫度下將勁性骨架水平桿焊死在預(yù)埋鋼板上，完成鎖定，在合攏段張拉預(yù)應(yīng)力前，由勁性骨架承受環(huán)境氣溫變化而產(chǎn)生的軸向拉力或是軸向壓力。

本項(xiàng)目采取體外剛性支撐的方式設(shè)置勁性骨架，因體外支撐不僅不影響合攏段混凝土澆筑的施工，且其結(jié)構(gòu)利于抵抗連續(xù)梁降溫收縮產(chǎn)生的拉力，勁性骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

骨架的承載水平桿采用型鋼組合截面，每處水平桿由2根[40a槽鋼對(duì)扣而成，項(xiàng)目合攏段共設(shè)10處。水平桿長(zhǎng)為510cm，在水平桿組合的上部及底部縱向按間隔40cm設(shè)置厚度2cm的52cm×20cm綴板，使得水平桿形成承載良好的整體結(jié)構(gòu)。槽鋼水平桿兩端與連續(xù)梁節(jié)段混凝土表面預(yù)埋的鋼板焊接連接，焊接為兩側(cè)角焊，焊縫焊腳高度為12mm，有效焊縫長(zhǎng)度145cm，預(yù)埋鋼板的尺寸為150cm×60cm×2cm（長(zhǎng)×寬×厚）。鋼板通過長(zhǎng)度20cm的？準(zhǔn)20錨筋固定于已澆筑的連續(xù)梁節(jié)段上，每塊預(yù)埋鋼板設(shè)置60根錨筋。本項(xiàng)目勁性骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。

6 ?勁性骨架承載檢算

6.1 材料及其參數(shù)

勁性骨架承載水平桿采用組合截面，材料為兩根[40a槽鋼對(duì)扣而成，如圖3所示，截面系數(shù)如圖中所示。

6.2 槽鋼水平桿驗(yàn)算

槽鋼[40a截面特性：截面面積A=75.05cm2，每米重量q=71.47kg/m，慣性矩IX=19711.2cm4，IY=592cm4?？箟簭?qiáng)度f(wàn)=180MPa。

組合截面：

IX=2×19711.2=39422.4（cm4）

IY0=2×[592+75.05×（56/2-2.49）2]=98863.1（cm4）

因IX

因水平桿承受軸向壓力，故需進(jìn)行其桿件穩(wěn)定性計(jì)算。

iy=（39422.4/150.1）-2=16.2

構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/rx=210/16.2=13.0<150

查表得縱向彎曲系數(shù)Φ=0.986

故[N]=0.986×75.05×10-4×180×106=1331987N=1331.987kN>N=3123.3/（2×10）=156.2kN。

經(jīng)過承載驗(yàn)算，可知型鋼組合的水平桿抵抗溫差荷載的能力滿足設(shè)計(jì)要求。

6.3 托架焊縫驗(yàn)算

預(yù)埋鋼板與水平桿的焊縫焊腳高度為12mm，有效長(zhǎng)度1450mm×2，采用單面坡口貼腳焊的焊接形式，焊道等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）相關(guān)規(guī)定，焊縫抗剪強(qiáng)度按fWf=160MPa。

則有：

τ=（3123.3×103）/（20×1.45×0.012×0.7）=12.8MPa

焊縫強(qiáng)度滿足承載要求。

以上計(jì)算結(jié)果表明，勁性骨架結(jié)構(gòu)承受的溫差軸向壓力或拉力的強(qiáng)度滿足安全要求。

7 ?施工注意事項(xiàng)和質(zhì)量控制要點(diǎn)

7.1 確定施工時(shí)間

進(jìn)行合攏段施工前，需持續(xù)進(jìn)行10d的環(huán)境各時(shí)段氣溫的測(cè)量并記錄，以獲得合攏段施工期間的最高、最低氣溫。結(jié)合天氣預(yù)報(bào)，制定合攏段鎖定、混凝土澆筑的時(shí)間方案。

7.2 模板及支撐系統(tǒng)

跨中合攏段施工，采用一個(gè)掛籃向形成合攏段施工支架。

7.3 合攏段的配重及換重

合攏段鎖定前，在合攏段兩端的連續(xù)梁節(jié)段上設(shè)置水箱進(jìn)行配重，每端配重按合攏段混凝土重量的50%，本項(xiàng)目中跨合攏段混凝土量為62.6m3，故每側(cè)懸臂端的配重為62.6×26×50%=813.8kN。連續(xù)梁端頭設(shè)置水箱配重，隨著混凝土的澆筑而卸載相應(yīng)配重，以確保荷載與成橋后相同。

7.4 勁性骨架鎖定

勁性骨架鎖定前，先將水平桿一端與預(yù)埋鋼板焊接固定。達(dá)到設(shè)計(jì)鎖定溫度后，將水平桿活動(dòng)端臨時(shí)固定，立即焊接固定水平桿的活動(dòng)端，從而完成骨架鎖定。

7.5 合攏段混凝土澆筑

選擇在一天中最低溫度，且日氣溫變化幅度小的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行合攏段的混凝土澆筑。

嚴(yán)格按要求進(jìn)行覆蓋及灑水養(yǎng)護(hù)，確?；炷羶?nèi)部最高混凝土溫、混凝土中心與混凝土表面、混凝土表面與外界的溫差滿足規(guī)范要求，不得超過15℃。

為了確保合攏段混凝土澆筑質(zhì)量，增強(qiáng)合攏段混凝土的與節(jié)段梁混凝土面的結(jié)合，擬采用微膨脹混凝土，并將設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度由C50提高至C60。

8 ?結(jié)束語(yǔ)

制定科學(xué)合理的勁性骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鎖定方案是連續(xù)梁成功合攏成型的關(guān)鍵，施工前應(yīng)進(jìn)行分析、研究，制定科學(xué)合理的施工技術(shù)方案。當(dāng)合攏段兩端橋墩支座與連續(xù)梁為固結(jié)時(shí)，通常氣溫變化引起勁性骨架的軸向壓力或拉力超萬(wàn)噸，需采取解除相應(yīng)墩頂固結(jié)的方法使溫度產(chǎn)生的軸力降低到型鋼勁性骨架可承受的范圍內(nèi)，以確保施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50017-2017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]鄭乃金.哈薩爾橋連續(xù)梁合攏段施工分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（9）.

[3]林哲.剛構(gòu)連續(xù)梁合攏段施工方案與鎖定計(jì)算[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2009（4）.