合龍順序?qū)B續(xù)梁橋成橋狀態(tài)影響分析

何春博

（北京建工路橋集團(tuán)有限公司，北京 100300）

1 引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，橋梁建設(shè)取得了顯著成就，其中連續(xù)剛構(gòu)梁橋以其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)受力性能、合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和成熟的施工工藝在橋梁建設(shè)中占有重要地位，廣泛應(yīng)用于跨越深谷和江河[1，2]。我國(guó)已經(jīng)成為建造連續(xù)剛構(gòu)梁橋最多的國(guó)家，為了節(jié)約占用場(chǎng)地，常用的施工方式有懸臂澆筑法和懸臂拼裝法[3，4]。懸臂施工時(shí)，橋跨間不需要搭設(shè)支架，既不占用河流也不影響橋下正常通行，由0#墩向兩邊對(duì)稱澆筑，大大縮短了施工工期。連續(xù)剛構(gòu)梁橋與連續(xù)梁橋相比，由于橋墩參與受力，主梁的彎矩比連續(xù)梁更小，從而得到更大的跨越能力，因其吊機(jī)和掛籃設(shè)備可以重復(fù)使用，施工費(fèi)用降低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前，在早前修建的連續(xù)剛構(gòu)橋中發(fā)現(xiàn)有裂縫和跨中撓度過(guò)大的現(xiàn)象[5]，合龍順序是連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂施工過(guò)程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)橋梁的成橋狀態(tài)有明顯的影響[6，7]。劉沐宇等[8]在多跨PC-剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的合龍順序研究中發(fā)現(xiàn)，單跨的豎向位移最值與全橋的豎向位移最值的位置與合龍順序相關(guān)，橋梁成橋后線形也受合龍順序影響。劉志勇等[9]在Y型墩合龍順序研究中發(fā)現(xiàn)，先中跨合龍比先邊跨合龍?jiān)谑┕るA段最大位移累計(jì)增大了400%，并在成橋10a 后兩個(gè)工況位移也達(dá)到了25mm，且先邊跨后中跨形成的撓曲線較平滑，橋梁受力更均衡?，F(xiàn)有文獻(xiàn)表明，連續(xù)剛構(gòu)橋梁的合龍順序?qū)蛄旱某蓸驙顟B(tài)確實(shí)有影響，但還沒有形成統(tǒng)一的結(jié)論，目前還處于探索階段[10，11]。本文將通過(guò)設(shè)置邊跨對(duì)稱-次邊跨對(duì)稱-中跨對(duì)稱、次邊跨對(duì)稱-邊跨對(duì)稱-中跨對(duì)稱、中跨對(duì)稱-次邊跨對(duì)稱-邊跨對(duì)稱三種不同的合龍順序，分析橋梁的線形和應(yīng)力，為施工提供參考。

2 工程實(shí)例

大橋位于某高速公路直線段上，跨徑組合為75m+3×130m+75m，其布置形式如圖1所示。

圖1 大橋立面示意圖（m）

主梁采用單箱單室三向預(yù)應(yīng)力箱梁，箱梁根部高7.5m，跨中梁高3m，梁高為沿跨徑方向呈1.8 次拋物線變化，頂板寬13m，厚0.28m；底板寬7m，跨中截面厚0.32m，梁底按照1.8 次拋物線變化，橋墩采用雙肢實(shí)心墩，橫橋向?qū)?m，順橋向?qū)?m，基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)。工況設(shè)定見表1。

表1 工況設(shè)定

3 有限元模型的建立

采用MIDAS 8.0有限元建模分析，依據(jù)工況分別建立3 種不同的施工階段模型，均采用空間梁?jiǎn)卧?，每一?jié)段主梁澆筑為一施工階段，間隔12天，考慮預(yù)應(yīng)力鋼束荷載和施工荷載，管道摩阻系數(shù)為0.2，局部偏差系數(shù)為0.0015，考慮彈性回縮6mm。0號(hào)塊長(zhǎng)15m，每一現(xiàn)澆節(jié)段長(zhǎng)4m，合龍段長(zhǎng)2m。

邊界條件設(shè)置：2#、3#、4#、5#墩梁固結(jié)，1#、6#為墩梁鉸接。有限元模型如圖2所示。

圖2 有限元模型

全橋模型劃分為228 個(gè)單元，237 個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于橋梁為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，本文均取主梁的一半作為分析對(duì)象。

4 線形比較

4.1 施工過(guò)程相鄰節(jié)段位移差值

為了加快連續(xù)剛構(gòu)橋施工進(jìn)度，大多使用懸臂施工法，每個(gè)墩形成一個(gè)“T”型結(jié)構(gòu)，然后在跨中現(xiàn)澆一個(gè)節(jié)段進(jìn)行合龍，形成橋梁整體結(jié)構(gòu)。在多跨連續(xù)梁的懸臂施工過(guò)程中，后續(xù)的施工荷載往往造成已澆筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形變化。尤其是存在體系轉(zhuǎn)換的合龍段的施工，合龍段施工作為關(guān)鍵工序，對(duì)成橋后橋梁的內(nèi)力和線形有重要的影響，因此在施工前必須通過(guò)軟件分析進(jìn)行施工模擬，施工過(guò)程中對(duì)各節(jié)段進(jìn)行線形控制，調(diào)整各階段立模標(biāo)高，設(shè)置合適的預(yù)拱度，使合龍段兩端的線形滿足設(shè)計(jì)要求。而不同的合龍順序需要設(shè)置各階段不同的預(yù)拱度，圖3為不同合龍工況下各階段產(chǎn)生的累計(jì)位移差。各合龍方案下，合龍段兩側(cè)位移差見表2。

圖3 豎向累計(jì)位移圖

表2 合龍段兩側(cè)位移差 mm

通過(guò)圖3和表2分析可知：

①各工況下，各階段變化趨勢(shì)基本一致，各跨合龍段豎向累計(jì)位移最大，這是由于合龍段兩側(cè)的結(jié)構(gòu)形式不同導(dǎo)致，所以施工中應(yīng)特別注意該節(jié)段的預(yù)拱度設(shè)置。

②工況一對(duì)應(yīng)的合龍方案在主梁邊跨、中跨的合龍段位置處產(chǎn)生的累計(jì)豎向位移差最小，由于邊跨跨徑較小，預(yù)應(yīng)力相對(duì)不大，其自身的線形變化對(duì)相鄰跨影響有限。

③工況二對(duì)應(yīng)的合龍方案在主梁的邊跨、中跨合龍段產(chǎn)生的豎向位移差最大，這是由于工況二的合攏順序中，經(jīng)過(guò)了多次體系轉(zhuǎn)換，后續(xù)的施工荷載對(duì)已澆筑的結(jié)構(gòu)多次影響，導(dǎo)致累計(jì)位移較大，施工過(guò)程中需要采取改變張拉順序或調(diào)整立模標(biāo)高等措施，保證成橋線形平順。

4.2 成橋線形分析

三種合龍方案成橋狀態(tài)梁體的線形如圖4所示（不考慮活載），撓度取向下為負(fù)、向上為正，各工況代表截面的豎向撓度值見表3。

圖4 成橋主梁撓度圖

表3 成橋后主梁各位置處豎向撓度值 mm

結(jié)合圖4和表3中的數(shù)據(jù)可以得出：

①三種方案中，先邊跨-次邊跨-再中跨的合龍方案各截面的撓度最小，這是由于邊跨合龍過(guò)程中，次邊跨可以自由發(fā)生變形而抵消預(yù)應(yīng)力。而其他兩種合龍順序過(guò)程中，均為超靜定結(jié)構(gòu)與懸臂段合龍，極易產(chǎn)生較大內(nèi)力導(dǎo)致節(jié)段之間位移較大。該施工工序中形成的主梁線形最為平順，也便于施工立模，效果最好。

②方案二和方案三在邊跨產(chǎn)生的豎向位移較大，施工中應(yīng)特別注意，可以通過(guò)調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉方案、設(shè)置頂推力、設(shè)置合理預(yù)拱度等措施進(jìn)行抵消，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的成橋線形。

5 成橋狀態(tài)應(yīng)力分析

合龍順序?qū)Τ蓸蛞院蟮臉蛄簝?nèi)力有著緊密的聯(lián)系，不同的合龍順序?qū)е率┕み^(guò)程中梁體內(nèi)力的轉(zhuǎn)化過(guò)程不同，最終使成橋狀態(tài)的主梁內(nèi)力不同，另外橋梁線形通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力管道的線形影響而影響成橋內(nèi)力。圖5、圖6是不同合龍順序的主梁成橋后的頂、底板的應(yīng)力，壓力為正值，拉力為負(fù)值。各關(guān)鍵截面頂、底板應(yīng)力見表4。

圖5 成橋狀態(tài)主梁頂板應(yīng)力

圖6 成橋狀態(tài)主梁底板應(yīng)力

表4 成橋后各截面頂、底板應(yīng)力 MPa

比較圖5、圖6和表4各個(gè)工況下頂、底板的應(yīng)力可以得出：

①各工況合龍順序中，截面頂、底板均為壓應(yīng)力，具有良好的應(yīng)力儲(chǔ)備。

②各順序方案中，沿梁長(zhǎng)方向應(yīng)力變化規(guī)律相似，且張拉順序?qū)ψ罱K成橋狀態(tài)的應(yīng)力影響要小于對(duì)撓度的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析，對(duì)比了三種合龍方案的撓度和應(yīng)力結(jié)果，得到以下結(jié)論：

①邊跨-次邊跨-中跨的合龍順序?qū)κ┕さ倪^(guò)程控制最為有利，線形較好控制，結(jié)構(gòu)成橋受力更為合理。

②對(duì)于線形來(lái)說(shuō)，邊跨、中跨的合龍段豎向位移對(duì)合龍順序較為敏感，次邊跨-邊跨-中跨的合龍順序需要設(shè)置調(diào)整立模標(biāo)高，設(shè)置合理的預(yù)拱度方便合龍段的施工。

③若不采取措施，中跨-次邊跨-邊跨的合龍方案將在邊跨段產(chǎn)生較大的豎向撓度。

④建議在允許的施工條件下，優(yōu)先采用邊跨-次邊跨-中跨的合龍方案，若為了施工進(jìn)度，不得已采用其他合龍方案，需要采取優(yōu)化預(yù)應(yīng)力張拉方案、設(shè)置頂推等措施，保證成橋狀態(tài)的線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。