連續(xù)剛構(gòu)橋梁一次性合龍關(guān)鍵技術(shù)研究

苑 輝，杜孟翔

(昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋大多采用掛籃懸澆分段逐步施工，此過(guò)程要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的施工階段，傳統(tǒng)的合龍順序是先邊跨后中跨，經(jīng)歷多次體系轉(zhuǎn)換，合龍的順序會(huì)影響結(jié)構(gòu)中的最終恒載內(nèi)力，施工順序不同，初始恒載內(nèi)力不同，因此選擇正確的合龍順序至關(guān)重要。

趙靜提出根據(jù)不同溫度、不同配重及頂推力，研究連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案；林新元等基于三跨連續(xù)剛構(gòu)橋一次性合龍的研究，對(duì)逐跨合龍及一次性合龍內(nèi)力、撓度及成橋后影響進(jìn)行分析，證明一次性合龍的可行性；李凱樂(lè)等基于多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍優(yōu)化分析，提出對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋因橋梁實(shí)際條件的差異性，合龍方案應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

本文以某在建高速公路4跨跨徑(80+150+150+80)m連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用MIDAS Civil有限元分析軟件對(duì)該連續(xù)剛構(gòu)橋按逐跨合龍和一次性合龍分別建立模型進(jìn)行分析，對(duì)比在不同合龍順序下主梁線形、主梁應(yīng)力及橋墩受力影響。

1 工程概況

1.1 橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)

某大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為(80+150+150+80)m的4跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主梁為單箱單室箱形截面，箱梁根部高9m，跨中部梁高3.5m，箱梁高度由距墩中心6.0m處到合龍段處按1.8次拋物線變化(見(jiàn)圖1)。箱梁頂板寬12.125m、底板寬6.5m，翼緣板懸臂長(zhǎng)2.812 5m，箱梁除0號(hào)塊及現(xiàn)澆段外，其余梁段均采用懸臂澆筑法施工。橋墩為雙肢薄壁空心墩，橫橋向?qū)?.5m，順橋向?qū)?.5m，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。

圖1 主橋總體布置(單位：cm)

1.2 合龍方案介紹

合龍方案Ⅰ為邊中跨同時(shí)一次性合龍；合龍方案Ⅱ?yàn)橹鹂绾淆?，先邊跨后中跨逐跨合龍?/p>

2 不同合龍方案受力分析

2.1 有限元模型建立

本橋設(shè)計(jì)采用方案Ⅱ合龍順序施工，但由于工期緊，現(xiàn)場(chǎng)采用方案Ⅰ合龍施工可大大縮短工期，且使得主梁的受力情況更均勻，懸臂施工時(shí)更易控制撓度，體系轉(zhuǎn)換次數(shù)減少，可使內(nèi)力變化更趨穩(wěn)定。采用橋梁分析軟件MIDAS Civil依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分別對(duì)2種合龍順序進(jìn)行建模分析；根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、邊界條件等必須與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致，本文將該大橋劃分為773個(gè)結(jié)點(diǎn)、735個(gè)梁?jiǎn)卧＝Y(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 主橋有限元分析模型

2.2 成橋狀態(tài)主梁內(nèi)力影響

本文對(duì)該橋在2種不同合龍順序下的主梁應(yīng)力進(jìn)行了比較分析，不同合龍順序下主梁截面的上、下緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖3及表1所示，其中符號(hào)規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。

由圖3和表1可看出，成橋階段時(shí)，該橋的主梁上緣在先邊跨后中跨合龍順序時(shí)的最大壓應(yīng)力為-12.7MPa，在同時(shí)合龍順序時(shí)的最大壓應(yīng)力為-12.9MPa，前者比后者小0.2MPa；主梁下緣在先邊跨后中跨合龍順序時(shí)的最大應(yīng)力為-10.2MPa，在同時(shí)合龍順序時(shí)的最大壓應(yīng)力為-10.2MPa。由上述分析可知，在成橋階段時(shí)，不同的合龍順序?qū)χ髁簯?yīng)力影響較小，最大差值為0.29MPa且最大差值百分比<5%。

表1 成橋階段主梁應(yīng)力對(duì)比 MPa

圖3 成橋階段主梁上、下緣應(yīng)力(單位：MPa)

3 不同合龍方案對(duì)主梁線形分析

對(duì)該橋在2種不同合龍順序下的主梁線形進(jìn)行比較分析，不同合龍施工順序下成橋階段主梁線形計(jì)算結(jié)果如圖4表2所示，其中符號(hào)規(guī)定：位移以豎直向上為正，豎直向下為負(fù)。

圖4 成橋階段主梁豎向位移

表2 成橋階段主梁豎向位移對(duì)比 mm

由圖4和表2可看出，成橋階段時(shí)，該橋在先邊跨后中跨合龍時(shí)的最大豎向位移為-57.25mm，在同時(shí)合龍時(shí)的最大豎向位移為-56.21mm，發(fā)生在右邊跨3/4附近。前者比后者大1.04mm；左邊跨跨中、左中跨跨中、右中跨跨中和右邊跨跨中的豎向位移在2種合龍方案下相差分別為1.01，10.84，10.75，0.77mm。由以上圖表及分析可知，在成橋階段，不同的合龍順序?qū)χ髁旱木€形有一定影響，且對(duì)主梁邊跨影響較小，對(duì)主梁中跨跨中影響較大，最大相差10.84mm。

4 施加頂推力對(duì)橋墩受力影響

采用橋梁結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)分析軟件MIDAS Civil分別對(duì)該橋邊、中跨同時(shí)合龍及先邊跨后中跨合龍建立全橋模型，經(jīng)計(jì)算得邊、中跨同時(shí)合龍采用900kN的合理合龍頂推力，先邊跨后中跨合龍采用1 000kN的合理合龍頂推力，通過(guò)計(jì)算分析得到2種不同合龍順序下對(duì)主梁應(yīng)力和線形及橋墩受力的影響。對(duì)該橋在2種不同合龍順序下的橋墩受力進(jìn)行了比較分析，不同合龍施工順序下成橋階段墩頂水平位移、彎矩及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3～6所示。

由表3～6可看出：

表3 成橋階段墩頂水平位移值比較

表4 成橋階段橋墩彎矩值比較

表5 成橋階段墩頂應(yīng)力值比較

表6 成橋階段墩底應(yīng)力值比較

1)成橋階段的墩頂水平位移先邊跨后中跨合龍比同時(shí)合龍普遍較小，相差14.79%～84.78%；墩頂彎矩先邊跨后中跨合龍小于同時(shí)合龍，相差9.52%～55.44%，最大差值為872.2kN·m，墩底彎矩在先邊跨后中跨合龍和同時(shí)合龍2種不同合龍順序下相差17.58%～28.30%，最大差值為1 244.48kN·m。由以上得出，采用先邊跨后中跨合龍與同時(shí)合龍2種不同合龍方式對(duì)墩頂水平位移和彎矩產(chǎn)生的變化都較大。

2)由成橋階段橋墩應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，2種不同合龍順序?qū)蚨斩枕敽投盏椎膽?yīng)力值影響較小，差值均在4%以內(nèi)；各墩最大應(yīng)力值均位于墩底，先邊跨后中跨合龍時(shí)最大壓應(yīng)力為7.84MPa，同時(shí)合龍時(shí)最大壓應(yīng)力為7.79MPa，均位于9號(hào)墩左墩底，且均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)分析在成橋狀態(tài)下的主梁上、下緣應(yīng)力可知，邊中跨同時(shí)合龍和先邊跨后中跨合龍2種合龍順序?qū)χ髁簯?yīng)力的影響較小，差值均在5%以內(nèi)，且多跨一次合龍方案較逐跨合龍方案的主梁應(yīng)力均勻。

2)通過(guò)分析在成橋狀態(tài)下的主梁線形可知，對(duì)于不同合龍方案，主梁的豎向位移有所不同，且一次合龍方案相對(duì)于逐跨合龍方案的位移較小，在懸臂施工中更有利于對(duì)施工預(yù)拱度的設(shè)置，更好地對(duì)主梁線形進(jìn)行監(jiān)控。

3)通過(guò)分析在成橋工況下的橋墩受力可知，邊、中跨同時(shí)合龍和先邊跨后中跨合龍2種合龍順序?qū)蚨斩枕斔轿灰坪蛷澗氐挠绊戄^大，橋墩墩頂彎矩最大相差55.44%，最大差值872.2kN·m，墩底彎矩最大相差28.30%，最大差值為1 244.48kN·m；2種不同合龍順序?qū)蚨諔?yīng)力影響較小，差值均在4%以內(nèi)，且應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

綜上所述，一次性合龍有以下優(yōu)點(diǎn)：主梁受力更均勻；懸臂施工T構(gòu)預(yù)拱度更易控制；不會(huì)提高施工設(shè)備的要求，縮短工期、加快施工進(jìn)度，間接降低施工成本；體系轉(zhuǎn)換次數(shù)也減少。