預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁合攏次序分析

郝翠，曹新壘

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有眼公司，安徽 合肥 230088)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋梁較連續(xù)梁橋在同等建設(shè)條件下，結(jié)構(gòu)梁高可以降低，從而可以減小橋梁規(guī)模；還可以減少大噸位支座的使用等，有效的降低工程造價(jià)；施工過(guò)程中不需要體系轉(zhuǎn)換，便利施工。但連續(xù)剛構(gòu)橋一般要求橋墩高度較高，對(duì)于橋墩低矮的情況則不適用。實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，可能一聯(lián)橋梁中部分橋墩墩高較高，其余橋墩墩高較矮的情況，連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁[1][2]就會(huì)比較合適。連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁，一般采用節(jié)段懸臂拼裝或懸臂現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工，由于單聯(lián)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，合攏段個(gè)數(shù)較多。橋梁合攏[3][4]次序?qū)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力、預(yù)拱度、施工工期及設(shè)備投入等影響較大。

1 結(jié)構(gòu)概況

濟(jì)南至祁門高速公速公路茨淮新河特大橋全長(zhǎng)1343.5 m，按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度120 km/h，全線于2016年底通車。

項(xiàng)目位于平原區(qū)，主橋連續(xù)跨越兩岸大堤(堤頂?shù)缆?及河道。主橋正交錯(cuò)孔布置，跨徑組成為(45+80+4×85+80+45)m=590 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系現(xiàn)澆箱梁。主梁采用單箱單室斷面，箱梁中支點(diǎn)處高度4.8 m(截面中線處)，懸臂端部處高度2.2 m，橋面橫坡由箱梁腹板變高度形成。箱梁頂板寬度為13.125 m，底板寬度為7.125 m，兩側(cè)懸臂均為3.0 m。連續(xù)主墩采用圓端形實(shí)體墩接承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)，墩身順橋向厚2.5 m。剛構(gòu)主墩為雙肢薄壁墩接承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)，肢厚1.0 m，肢中距為3.0 m。為方便兩岸居民溝通，箱梁內(nèi)側(cè)腹板懸掛人行通道，大堤內(nèi)側(cè)通過(guò)梯道上下。橋型總體布置見(jiàn)圖1。

2 合攏次序

多跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁在懸臂施工過(guò)程中，先形成靜定的T構(gòu)，然后一個(gè)或多個(gè)T構(gòu)合攏，形成超靜定結(jié)構(gòu)，直到全橋合攏。主要有以下兩種合攏次序:

(1)從橋梁一側(cè)到另一側(cè)，逐步合攏

先逐跨合攏，形成連續(xù)體系，最后體系轉(zhuǎn)換。由于固定墩的存在，不能實(shí)現(xiàn)由連續(xù)體系(設(shè)置臨時(shí)支座)，再體系轉(zhuǎn)換成剛構(gòu)。故該合攏次序不適用于組合體系。

(2)一個(gè)或多個(gè)相鄰T構(gòu)同步合攏形成“小剛構(gòu)體系”，然后再按一定的次序合攏形成“大剛構(gòu)體系”。“小剛構(gòu)體系”所包含的T構(gòu)個(gè)數(shù)越多，所需的合攏設(shè)備也越多，投入會(huì)增大，但可以節(jié)約工期?？紤]結(jié)構(gòu)受力的合理性，一般情況下多對(duì)稱施工。“小剛構(gòu)體系”之間可以兩兩合攏，也可以多個(gè)同步合攏[5][6][7]，還可以多跨一次性合攏。合攏次序還需考慮施工組織的可行性，設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合實(shí)際情況合理確定合攏次序。

3 有限元計(jì)算

茨淮新河特大橋?yàn)?跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系結(jié)構(gòu)，其中中間三個(gè)橋墩為剛構(gòu)墩，其余橋墩為連續(xù)墩，跨徑對(duì)稱布置。為比較分析不同合攏次序?qū)蛄鹤冃?、結(jié)構(gòu)內(nèi)力及應(yīng)力等的影響，在荷載作用及邊界條件一致的情況下，主要分析比較合攏次序1至次序3。次序1(實(shí)施方案):邊跨合攏→次邊跨合攏→三個(gè)剛構(gòu)墩合攏→次中跨合攏；次序2:邊跨合攏→次邊跨合攏→次中跨、中跨合攏；次序3:中跨、次中跨、次邊跨合攏→邊跨合攏。

3.1 計(jì)算模型

采用有限元分析軟件橋梁博士V3.6，建立平面桿系模型分析不同合攏次序?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)受力的影響。荷載作用均按設(shè)計(jì)資料取用，三種合攏方案僅合攏次序上有差別。為了考慮剛構(gòu)墩的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，計(jì)算模型中將剛構(gòu)墩按照實(shí)際截面輸入。施工過(guò)程中各連續(xù)墩臨時(shí)固接，待全橋合攏后，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。主梁采用C50混凝土，主墩采用C40混凝土。主梁、橋墩均為梁?jiǎn)卧?。全橋共分?47個(gè)單元，251個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型及支撐體系示意圖如圖2、圖3。

圖1 茨淮新河特大橋主橋總體布置(單位：cm)

圖2 計(jì)算模型

圖3 計(jì)算模型支撐體系示意

3.2 計(jì)算與分析

圖4-圖6分別給出了三種合攏次序全橋合攏及二期恒載施加結(jié)束后，一半橋長(zhǎng)的主梁豎向位移分布圖。三種合攏次序下，主梁向上位移的極值點(diǎn)出現(xiàn)在次邊跨的(1/4～1/2)L范圍、向下位移的極值點(diǎn)出現(xiàn)在次中跨的跨中位置。通過(guò)位移曲線的分析，可以知道，不同的合攏次序，對(duì)位移極值點(diǎn)的影響較小，但位移極值存在一定的差異。施工中應(yīng)結(jié)合不同的合攏次序，設(shè)置預(yù)拱度，以保證成橋線型與設(shè)計(jì)一致。

圖7-圖9分別給出了三種合攏次序在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，一半橋長(zhǎng)的主梁正應(yīng)力包絡(luò)圖。三種合攏次序下，主梁正應(yīng)力的變化較小?？梢?jiàn)成橋主應(yīng)力與最終成橋結(jié)構(gòu)體系有關(guān)，與具體合攏次序的關(guān)聯(lián)不大。

圖4 次序1成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖5 次序2成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖6 次序3成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖7 次序1運(yùn)營(yíng)階段主梁正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)

圖8 次序2運(yùn)營(yíng)階段主梁正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)

圖9 次序3運(yùn)營(yíng)階段主梁正應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)

表1和表2分別給出了三種合攏次序關(guān)鍵階段墩頂剪力和水平位移，剛構(gòu)中墩由于在三種合攏次序下均為對(duì)稱施工，故墩頂?shù)乃搅^小，施工中可不予以設(shè)置水平推力。剛構(gòu)邊墩存在不均衡的情況，施工中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定水平推力，以調(diào)整成橋線型。

表1 剛構(gòu)墩墩頂截面剪力(單位：kN)

表2 剛構(gòu)墩墩頂截面水平位移(單位：mm)

4 結(jié)語(yǔ)

(1)結(jié)合計(jì)算分析結(jié)論，可以看出:①成橋階段主梁的豎向位移的極值點(diǎn)位置與合攏次序關(guān)聯(lián)不大，但極值存在較大差異，也就是說(shuō)成橋線型與合攏次序存在較大相關(guān)性。施工過(guò)程中應(yīng)結(jié)合具體的合攏次序，確定預(yù)拱度，以保證成橋線型與設(shè)計(jì)要求匹配；②運(yùn)營(yíng)階段的主梁正應(yīng)力分布及極值與合攏次關(guān)聯(lián)較小，具體極值差別約在1 MPa范圍內(nèi)；③不同合攏次序固定墩墩頂?shù)乃轿灰拼嬖诓町?，水平推力設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮各墩的差異性。

(2)施工過(guò)程中如因施工組織(工期)、設(shè)備投入等因素需要調(diào)整合攏次序時(shí)，原則是可行的。但需要結(jié)合分析驗(yàn)算結(jié)論，確保結(jié)構(gòu)受力合理。

(3)茨淮新河特大橋主橋合攏施工中較細(xì)致的考慮了各種荷載工況及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，經(jīng)過(guò)精心準(zhǔn)備，嚴(yán)格按照既定的合攏順序順利實(shí)施了合攏。合攏誤差控制在2 cm以內(nèi)。建議對(duì)稱合攏。邊跨合攏后連續(xù)跨合攏，剛構(gòu)墩合攏，最后全橋合攏。