連續(xù)梁橋合龍段施工方案優(yōu)化分析

劉 廣

(山西省公路局晉城分局，山西 晉城 048000)

0 引言

連續(xù)梁橋合龍段施工會(huì)對(duì)橋梁主梁的變形和受力產(chǎn)生一定程度的影響，應(yīng)合理制定施工方案降低影響。做好合龍段精度控制，是實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。在懸臂主梁各節(jié)段澆筑施工過(guò)程中，單獨(dú)的T構(gòu)受負(fù)彎矩荷載，合龍后橋梁結(jié)構(gòu)由懸臂狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣探Y(jié)狀態(tài)，主梁受力狀態(tài)也逐步發(fā)生變化。采用不同的施工方案進(jìn)行連續(xù)梁橋合龍段施工，主梁的變形和受力存在一定的差異。采用MIDAS/CIVIL軟件建立梁?jiǎn)卧Ｐ?，?duì)采用不同施工方案進(jìn)行合龍段施工后的橋梁主梁撓度、成橋橋面頂板應(yīng)力、底板應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比分析確定最佳施工方案。

1 工程簡(jiǎn)介

某特大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土懸澆連續(xù)箱梁橋[1-2]，主橋跨徑為56 m+3×96 m+56 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室箱梁結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注摩擦樁。主梁頂板厚為28 cm，底板厚為70 cm～30 cm，腹板厚為65 cm～45 cm，在合龍段設(shè)置40 cm橫隔板。主梁懸臂澆筑分為13個(gè)施工節(jié)段，其中0號(hào)段長(zhǎng)度為5 m，1號(hào)～4號(hào)施工節(jié)段為3 m，5號(hào)～6號(hào)施工節(jié)段為3.5 m，9號(hào)～12號(hào)施工節(jié)段為4 m。主梁合龍段長(zhǎng)度均為2 m，次中跨和中跨合龍段采用掛籃施工，邊跨采用滿(mǎn)堂支架現(xiàn)澆施工。

2 連續(xù)梁橋合龍段施工方案

為了合理確定連續(xù)梁橋合龍段施工方案，從施工技術(shù)、施工成本、施工設(shè)備、施工難度和施工精度控制等方面綜合考慮，確定了三個(gè)施工方案。

方案1：先合龍邊跨，再次中跨，后合龍中跨。邊跨各施工節(jié)段現(xiàn)澆完成后搭設(shè)邊跨合龍支架、臨時(shí)鎖定后進(jìn)行臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉，澆筑合龍段混凝土，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，完成第一次體系轉(zhuǎn)換。進(jìn)行第二次體系轉(zhuǎn)換，澆筑次中跨合龍段，預(yù)應(yīng)力張拉。進(jìn)行第三次體系轉(zhuǎn)換，澆筑中跨合龍段，預(yù)應(yīng)力張拉，拆除掛籃。這種施工方案技術(shù)比較成熟，各個(gè)T構(gòu)所承受的荷載基本相同，受溫度變化影響較小，但施工工期較長(zhǎng)。

方案2：先中跨，后次中跨、邊跨合龍。邊跨各施工節(jié)段現(xiàn)澆完成后，上中跨吊架、臨時(shí)鎖定后進(jìn)行臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉，澆筑合龍段混凝土，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，完成第一次體系轉(zhuǎn)換。進(jìn)行第二次體系轉(zhuǎn)換，澆筑次中跨合龍段，預(yù)應(yīng)力張拉。進(jìn)行第三次體系轉(zhuǎn)換，搭設(shè)邊跨合龍支架、澆筑邊跨合龍段，預(yù)應(yīng)力張拉，拆除支架。與方案一相比，這種方案一次施工工作面多，需要使用掛籃的數(shù)量多，要求能配備足夠數(shù)量的施工人員，但施工速度較快。

方案3：先邊跨，再一次合龍次中跨、中跨。邊跨各施工節(jié)段現(xiàn)澆完成后搭設(shè)邊跨合龍支架、臨時(shí)鎖定后進(jìn)行臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉，澆筑合龍段混凝土，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，完成第一次體系轉(zhuǎn)換。進(jìn)行第二次體系轉(zhuǎn)換，澆筑次中跨、中跨合龍段，預(yù)應(yīng)力張拉，第三次體系轉(zhuǎn)換，拆除掛籃。這種施工方案可以多點(diǎn)同時(shí)施工，互不干擾，但對(duì)支架受力不利。首先進(jìn)行邊跨合龍施工，待邊跨合龍段混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行中跨鎖定，解除主梁部分臨時(shí)約束后進(jìn)行中跨合龍段澆筑。中跨合龍段混凝土澆筑應(yīng)在低溫下進(jìn)行，以降低溫縮應(yīng)力[3]。

3 不同施工方案主梁線(xiàn)形和應(yīng)變結(jié)果分析

采用MIDAS/CIVIL軟件建立梁?jiǎn)卧Ｐ?，將橋梁主梁分?16個(gè)結(jié)構(gòu)單元，連續(xù)梁橋有限元設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

模型建立邊界條件為：連續(xù)梁橋支座節(jié)點(diǎn)建立在主梁底部，并對(duì)支座節(jié)點(diǎn)約束進(jìn)行定義，將支座節(jié)點(diǎn)與主梁節(jié)點(diǎn)采用剛臂連接。施工現(xiàn)場(chǎng)邊跨采用滿(mǎn)堂支架進(jìn)行現(xiàn)澆施工，因此模擬支撐形式采用滿(mǎn)堂支架。采用一般方式定義邊跨永久滑動(dòng)支座，主墩永久支座采用剛性連接。采用MIDAS/CIVIL軟件進(jìn)行有限元模擬分析時(shí)，掛籃重量為600 kN，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d，合龍段共5塊橫隔板，每塊重132 kN。二期恒載為80 kN/m，公路Ⅰ級(jí)汽車(chē)荷載。為了分析各設(shè)計(jì)方案下橋梁通車(chē)后主梁應(yīng)力和應(yīng)變的變化情況，擬對(duì)通車(chē)三年后撓度、應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況進(jìn)行分析，以確定最優(yōu)施工方案。

3.1 主梁撓度模擬分析

采用MIDAS/CIVIL軟件模擬計(jì)算成橋三年后主梁撓度變化，三種合龍段施工方案主梁部分節(jié)點(diǎn)撓度變化曲線(xiàn)如圖2所示。

分析圖2所示三種合龍段施工方案主梁撓度變化曲線(xiàn)，三種方案撓度變化趨勢(shì)基本一致。三個(gè)方案最大撓度均出現(xiàn)在中跨，其中方案2撓度最大，撓度最大值為54.68 mm，方案1和方案3分別為53.75 mm和53.34 mm，三種方案最大撓度相差不大，且均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范的要求。三種方案主梁最大撓度均出現(xiàn)在合龍段附近，方案2撓度最大，其他兩種方案撓度值接近，說(shuō)明施工荷載對(duì)合龍段線(xiàn)形影響較大，對(duì)其他部位影響較小[4]。

3.2 成橋頂板應(yīng)力模擬分析

成橋三年后頂板應(yīng)力模擬計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

分析圖3所示三種方案成橋頂板三年后的頂板應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，成橋應(yīng)力變化較大的部位位于各跨跨中，其中方案2頂板最大應(yīng)力值最小，為11.90 MPa，方案1和方案3分別為11.93 MPa和12.46 MPa，且均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范的要求。三種方案成橋頂板最大差值為1.03 MPa。

3.3 成橋底板應(yīng)力模擬分析

成橋三年后底板應(yīng)力模擬計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

分析圖4成橋三年后的底板應(yīng)力變化曲線(xiàn)，全橋底板應(yīng)力最大的部位為次中跨和中跨部位，其他部位底板應(yīng)力相對(duì)較小。方案2底板最大應(yīng)力出現(xiàn)在次中跨位置，為13.43 MPa，方案1和方案3底板最大應(yīng)力比較接近，均位于中跨位置，分別為12.22 MPa和12.24 MPa，且均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范的要求。三個(gè)方案成橋底板應(yīng)力相差最大值為1.11 MPa，位于中跨位置。

3.4 合龍段方案選擇

連續(xù)梁橋合龍段施工應(yīng)從施工工期、施工設(shè)備、施工成本等多方面綜合考慮，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線(xiàn)形計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析，合理確定施工方案。雖然以上三種方案模擬分析得出的主梁應(yīng)力與應(yīng)變結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，三個(gè)方案撓度最大值均出現(xiàn)的主梁合龍段，成橋頂板應(yīng)力最大差值為1.03 MPa，底板應(yīng)力最大差值為1.11 MPa。方案2的主梁撓度值最大，且成橋底板應(yīng)力也較大，如果先進(jìn)行中跨合龍段施工，材料運(yùn)輸難度比較大，掛籃拆除難度也較大，故方案2不推薦。

先進(jìn)行邊跨合龍段施工，便于進(jìn)行材料運(yùn)輸，也便于進(jìn)行施工設(shè)備吊裝施工。方案1與方案3相比，主梁最大撓度值、成橋底板最大應(yīng)力值比較接近，成橋頂板最大撓度略低于方案3。方案3的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是次中跨與中跨同時(shí)合龍可以縮短工期，但需要投入更多的施工設(shè)備，對(duì)合龍精度要求也較高。方案1相較方案3，施工工期較長(zhǎng)，但可減少施工設(shè)備的投入、對(duì)施工精度要求也較低，施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟。因此，綜合考慮方案1和方案3的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)優(yōu)先考慮方案1，在工期緊張時(shí)可考慮采用方案3進(jìn)行合龍段施工[5-6]。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合連續(xù)梁橋施工案例，采用MIDAS/CIVIL軟件進(jìn)行有限元模擬分析，結(jié)合模擬分析結(jié)果得出以下結(jié)論：

1)方案2主梁撓度最大值出現(xiàn)在中跨合龍段，最大值為54.68 mm，分別較方案1和方案3高0.93 mm，1.34 mm，說(shuō)明中跨合龍段受施工荷載影響較大，其他部位較小。

2)方案3成橋頂板最大應(yīng)力值最大，方案2最小，三種方案成橋頂板最大差值為1.03 MPa。

3)三個(gè)方案成橋底板應(yīng)力相差最大值為1.11 MPa，位于中跨位置，其中方案2成橋底板最大應(yīng)力值最大。

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合分析模擬分析結(jié)果，方案2成橋撓度最大，不宜采用，方案3雖然可縮短工期，但對(duì)精度要求較高，方案1施工技術(shù)最成熟，可節(jié)約施工成本，應(yīng)作為最優(yōu)方案。