橋梁合龍配重對(duì)主梁撓度及應(yīng)力影響性分析

勞業(yè)亮

（中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣東 廣州 510405）

1 合龍配重的主要配重計(jì)算方式

合龍階段作為連續(xù)梁最關(guān)鍵的工序轉(zhuǎn)換階段，合龍期間的配重荷載設(shè)置、合龍順序、技術(shù)工藝、外界條件等因素直接影響橋梁本身的整體性能及后期結(jié)構(gòu)受力撓度變化。合龍配重階段主要指連續(xù)梁懸臂施工工藝中最大懸臂狀態(tài)下的橋梁合龍階段，配重的主要目的是防止梁體擾動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)主梁線形標(biāo)高，控制懸臂兩端的高程差等，因此配重的大小及設(shè)置方式尤為關(guān)鍵。合龍配重分為基本配重與附加配重兩部分，主要包括三種配重計(jì)算方式等重量壓重法、等彎矩壓重法及等位移壓重法。

（1）等重量壓重法。

對(duì)梁體最大懸臂端兩側(cè)分別加載壓重，壓重根據(jù)合龍段混凝土澆筑重量確定，通常為合攏段混凝土澆筑重量的一半[1]。操作中要求壓重的加載和卸載均應(yīng)對(duì)稱于梁軸線，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、施工人員容易操作。等重量壓重法是目前應(yīng)用較為廣泛的方法。

（2）等彎矩壓重法。

指懸臂端合龍吊架所受到的力對(duì)墩頂?shù)膹澗氐扔诙瞬繅褐貙?duì)墩頂?shù)膹澗豙2-3]。其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、施工人員容易操作、加載位置明確；缺點(diǎn)是會(huì)引起合龍段兩端懸臂擾動(dòng)。

（3）等位移壓重法。

等位移壓重法利用力學(xué)原理確定兩側(cè)最大懸臂處配重重荷載及加載位置，消除合龍階段混凝土澆筑過程中梁體擾動(dòng)的影響。其優(yōu)點(diǎn)是能夠嚴(yán)格控制兩側(cè)最大懸臂的擾動(dòng)、壓重加載位置明確；缺點(diǎn)是配重荷載不易計(jì)算。

2 項(xiàng)目概況

贛深鐵路柳城東江特大橋建設(shè)于廣東省龍川縣柳城鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，全橋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2 600.755 m，全橋設(shè)計(jì)1聯(lián)88 m+160 m+88 m懸臂現(xiàn)澆連續(xù)剛構(gòu)上跨東江。梁體采用懸臂澆筑工藝，先分跨、后中跨的合攏順序，梁體為單箱單室，變高度、變截面結(jié)構(gòu)。

3 合龍誤差分析與配重設(shè)置

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F 50—2011）中規(guī)定，跨徑小于100 m的懸臂澆筑的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，合龍高差應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)[4]。

文章共設(shè)置兩側(cè)高程差為0、10、15、20 mm等四個(gè)等級(jí)梯度，以兩側(cè)高差值換算需要加載的配重大小。在高側(cè)懸臂端進(jìn)行加載，分析不同高差梯度下的合龍配重值對(duì)于主梁撓度及應(yīng)力的影響程度。從合龍后、二期鋪裝完成后、橋梁運(yùn)營(yíng)十年收縮徐變?nèi)齻€(gè)不同工況進(jìn)行對(duì)比分析。

4 有限元模擬分析

通過Midas Civil 2019軟件對(duì)柳城東江特大橋建立有限元分析模型[5-6]，模擬最大懸臂狀態(tài)下梁體兩側(cè)高程差等級(jí)。在模型分析中，通過對(duì)最大懸臂一側(cè)較高處施加荷載的形式模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配重，假定左側(cè)懸臂段標(biāo)高高于右側(cè)懸臂端。在左側(cè)懸臂段通過施加荷載，迫使兩側(cè)標(biāo)高一致，分析合龍以及合龍后運(yùn)營(yíng)過程中，主梁撓度及應(yīng)力變化情況，對(duì)比高程差為0時(shí)的理想狀態(tài)。

全橋有限元模型如圖1所示。

圖1 全橋有限元模型

在Midas Civil 2019有限元軟件中，對(duì)比分析橋梁合龍段施工完成后，主梁被施加不同的配重荷載情況下，主梁撓度及截面應(yīng)力變化情況。

中跨合龍工況撓度情況與應(yīng)力情況如圖2、圖3所示。

圖2 中跨合龍工況撓度情況

圖3 中跨合龍工況應(yīng)力情況

由圖2、圖3可知，左側(cè)懸臂段施加配重荷載后，隨著配重荷載增加，合龍施工完成后，主梁撓度變化顯著；邊跨側(cè)表現(xiàn)為高程差越大，主梁上撓趨勢(shì)越明顯；中跨側(cè)表現(xiàn)為主梁下?lián)献冃沃惦S著兩側(cè)高程差的增加而增大，當(dāng)高程差為20 mm時(shí)，主梁左側(cè)懸臂段變形相比理想狀態(tài)提升了68%，影響顯著；右側(cè)最大懸臂段，施加配重荷載后，撓度有所降低，有上撓趨勢(shì)；在左側(cè)中跨1/2梁段，存在應(yīng)力波動(dòng)情況，主要集中在左側(cè)梁段，但變化幅度較小。

分析主梁被施加不同的配重荷載后，橋梁二期施工完成后的主梁撓度及截面應(yīng)力變化情況如圖4、圖5所示。

圖4 橋梁二期施工完成后的主梁撓度情況

圖5 橋梁二期施工完成后的應(yīng)力情況

由圖4、圖5可知，左側(cè)懸臂段施加配重荷載后，隨著配重荷載增加，二期鋪裝施工完成后，主梁撓度變化顯著。當(dāng)兩側(cè)高程差從0增加到20 mm時(shí)，主梁最大懸臂處附近撓度由16.2 mm提高至36.3 mm，撓度變化量為20.1 mm，說明二期鋪裝完成后，配重荷載對(duì)主梁下?lián)系挠绊懴啾群淆埻瓿珊蟾?；在中跨合龍段，?yīng)力變化相對(duì)明顯，主要表現(xiàn)為隨著荷載增加，中跨合龍段應(yīng)力相比理想狀態(tài)略有增加，應(yīng)力波動(dòng)幅度較明顯。

分析主梁被施加不同的配重荷載后，10年收縮徐變后撓度及應(yīng)力情況如圖6、圖7所示，橋梁小樁號(hào)側(cè)10年收縮徐變工況關(guān)鍵截面下?lián)隙葘?duì)比情況如表1所示。

表1 10年收縮徐變工況關(guān)鍵截面下?lián)隙葘?duì)比情況

圖6 10年收縮徐變后撓度情況

圖7 10年收縮徐變后應(yīng)力情況

由圖6、圖7及表1可知，10年收縮徐變后，橋梁整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，配重對(duì)于主梁撓度及應(yīng)力影響基本成型，當(dāng)高程差為20 mm時(shí)，加載配重后主梁最大懸臂段下?lián)现颠_(dá)到48.2 mm，相比理想狀態(tài)下的28.6 mm提高了約20 mm，變化幅度達(dá)到68%；在右側(cè)懸臂梁端，施加配重荷載后，右側(cè)懸臂梁端撓度有所降低；在中跨合龍段，應(yīng)力主要表現(xiàn)為隨著荷載增加，中跨合龍段應(yīng)力明顯增大。

5 結(jié)語

文章以柳城東江特大橋?yàn)闃颖?，通過有限元軟件進(jìn)行計(jì)算分析，從撓度及應(yīng)力角度，對(duì)比三種工況（中跨合龍、二期鋪裝、10年收縮徐變）下主梁撓度變化及應(yīng)力變化情況。

（1）隨著配重荷載增大，對(duì)施加配重荷載側(cè)梁段，撓度變化幅度大，且中跨側(cè)尤為明顯；未施加荷載側(cè)梁端，在中跨合龍?zhí)帗隙嚷杂薪档?；結(jié)果表明配重荷載對(duì)主梁撓度影響較大，荷載取值的大小是主梁撓度的主要影響因素。

（2）隨著配重荷載增大，合龍段施工完成后，對(duì)主梁應(yīng)力影響效果較小；二期鋪裝完成后，在后續(xù)的運(yùn)營(yíng)階段過程中，中跨合龍段處應(yīng)力存在波動(dòng)，說明配重荷載的大小對(duì)主梁應(yīng)力存在一定的影響，但影響程度較小。

研究成果表明，配重荷載對(duì)主梁撓度影響較大。因此，在施工過程中做好標(biāo)高控制，縮小合龍誤差，降低非必要的合龍配重，減少合龍配重對(duì)主梁至關(guān)重要。針對(duì)合龍誤差的控制，可以從三個(gè)方面著手：

（1）施工過程中，盡量控制懸臂梁段材料、機(jī)器等荷載的影響，做好兩側(cè)平衡布載，避免因某側(cè)偏載導(dǎo)致梁段撓曲，加大合龍誤差。

（2）施工放線過程中，提高橋梁監(jiān)控頻率及精度，及時(shí)做好標(biāo)高控制與糾偏，完善施工澆筑前后對(duì)橋梁標(biāo)高的數(shù)據(jù)采集工作，及時(shí)分析掛籃變形，制定合理的標(biāo)高控制方案；針對(duì)變形異常，做到及時(shí)調(diào)整，避免累加誤差導(dǎo)致配重荷載增大。

（3）針對(duì)即將施工至最大懸臂梁端附近的前兩、三個(gè)節(jié)段，做好高程統(tǒng)一控制，兩側(cè)懸臂放線標(biāo)高均采用同一后視點(diǎn)進(jìn)行控制，減少高程點(diǎn)標(biāo)高誤差帶來的放線誤差。