邊墩合龍時間對節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋的影響淺析

段傳武,吉 明

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550000 ）

0 引言

預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋也稱墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，為超靜定結(jié)構(gòu)體系。采用節(jié)段預制拼裝方式施工的連續(xù)剛構(gòu)橋，多應用于城市高架橋中，此類橋型體系無支座，后期維修養(yǎng)護成本較低，橋梁的橋面連續(xù)性及行車舒適性均較好，是一種值得研究和重視的橋梁型式[1-3]。預制拼裝簡支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)橋在成橋以后全橋的橋墩均與主梁形成固結(jié)，在施工過程中存在多次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，內(nèi)力變化較為復雜。

1 工程概況

某橋梁工程項目為節(jié)段拼裝簡支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋跨徑為四跨一聯(lián)（38+40+40+38）m，橋型布置圖如圖1所示（為方便該文敘述，將下部橋墩依次命名為1號墩、2號墩、3號墩、4號墩、5號墩）。該橋的總體施工工序為基礎和橋墩施工—澆筑中墩和次中墩墩頂0號塊—架橋機吊裝預制節(jié)塊—張拉預制節(jié)塊簡支束—澆筑濕接縫后張拉墩頂負彎矩束和底板通長束—澆筑1號、5號邊墩墩頂后澆固結(jié)帶，并張拉邊墩豎向預應力—橋面鋪裝—成橋運營。

圖1 該橋橋型布置圖

2 施工工藝流程

該橋節(jié)段梁實行梁場工業(yè)化集中預制，然后根據(jù)吊掛的排列順序用載重汽車運送到橋下，利用移動支架架橋機提升、吊掛，全部節(jié)段梁吊掛完之后進行拼接，在相鄰兩個拼接節(jié)段的匹配面滿涂膠結(jié)材料，并利用架橋機進行匹配面對接，再穿臨時簡支預應力鋼束并施加預應力，架橋機輔助調(diào)整定位，拼接節(jié)段吊掛從提升機轉(zhuǎn)移到固定吊桿，繼續(xù)下一節(jié)段梁的拼接，如此循環(huán)，直至全跨完成[4-5]。該橋施工工藝流程如圖2所示。由上圖能看出拆除中墩臨時支架與張拉邊墩豎向鋼索間可以有一定的時間間隔，該文利用邁達斯有限元軟件建立模型，分別計算中墩臨時支架拆除后7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d進行兩個邊墩的豎向鋼索的張拉對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形的影響。該橋有限元模型中的混凝土、預應力鋼絞線等材料的基本力學性能及參數(shù)均按實際工程及相關(guān)規(guī)范進行取值。

圖2 該橋施工工藝流程

3 橋墩內(nèi)力與變形結(jié)果分析

利用邁達斯有限元軟件建立不同時間參數(shù)的全橋模型，即中墩臨時支架拆除后間隔時間分別為7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d以后再進行兩個邊墩的固結(jié)。計算得到恒載作用下不同邊墩合龍時間的墩頂位移、墩頂彎矩、墩頂剪力如圖3~5所示。

圖3 不同邊墩合龍時間的墩頂位移

圖4 不同邊墩合龍時間的墩頂彎矩

圖5 不同邊墩合龍時間的墩頂剪力

由圖3~5數(shù)據(jù)分析可知：

（1）不同的邊墩合龍時間對1號邊墩的墩頂位移影響較大。7 d后合龍的1號邊墩墩頂位移為24.8 mm，365 d后合龍的1號邊墩墩頂位移為13.6 mm，365 d后合龍和7 d后相比較邊墩墩頂位移減小了11.2 mm，減小幅度為45.2%。這說明邊墩合龍時間越晚，邊墩的變形越小。

（2）不同的邊墩合龍時間對1號邊墩的內(nèi)力影響也較大。7 d后合龍的1號邊墩墩頂彎矩為3 194.7 kN·m，墩頂剪力為534.8 kN，而730 d后合龍的1號邊墩墩頂彎矩為1 384.9 kN·m，墩頂剪力為246.5 kN，365 d后合龍和7 d后合龍相比較墩頂彎矩減小了1 809.8 kN·m，減小幅度為56.7%，墩頂剪力減小了288.3 kN，減小幅度為53.9%。這說明邊墩合龍時間越晚，邊墩的內(nèi)力越小。

（3）對于2號次邊墩墩頂位移，7 d后合龍的2號次邊墩墩頂位移為16.1 mm，365 d后合龍的2號邊墩墩頂位移仍為16.1 mm，沒有發(fā)生變化。對于2號次邊墩墩頂彎矩和墩頂剪力，7 d后合龍的2號邊墩墩頂彎矩為7 283.4 kN·m，墩頂剪力為1 340.4 kN，而365 d后合龍的2號邊墩墩頂彎矩為6 961.2 kN·m，墩頂剪力為1 300.7 kN，365 d后合龍和7 d后合龍相比較墩頂彎矩減小了322.2 kN·m，減小幅度為4.4%，墩頂剪力減小了39.7 kN，減小幅度為3.0%。這說明不同的邊墩合龍時間對2號次邊墩的內(nèi)力有一定的影響，但影響程度非常小。

（4）綜上，不同的邊墩合龍時間對邊墩的受力和變形影響較大，而對中墩、次邊墩的影響很小，邊墩合龍時間越晚，邊墩的內(nèi)力和變形越小。這是因為邊墩合龍時間越晚，意味著邊墩越晚進入剛構(gòu)體系受力，主梁的收縮徐變完成得越充分，則邊墩合龍以后主梁發(fā)生的收縮徐變越少，故邊墩承受的內(nèi)力和變形越小[6]。因此，從橋墩墩身內(nèi)力與變形來看，延遲邊墩的合龍時間對橋墩的受力和變形有利。

4 主梁應力與變形結(jié)果分析

4.1 主梁應力

利用邁達斯有限元軟件建立不同時間參數(shù)的全橋模型，即中墩臨時支架拆除后間隔時間分別為7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d以后再進行兩個邊墩的固結(jié)。計算得到恒載作用下主梁1號墩墩頂截面、第一跨跨中、2號墩墩頂截面、第二跨跨中、3號墩墩頂截面、第三跨跨中、4號墩墩頂截面、第四跨跨中、5號墩墩頂截面的上、下緣壓應力值如表1~2所示。

表1 各主梁主要截面上緣應力 /MPa

表2 各主梁主要截面下緣應力 /MPa

由表1~2數(shù)據(jù)可以看出：

在收縮徐變作用下，365 d后合龍和7 d后相比，1號邊墩墩頂主梁截面的上緣壓應力有所減小，減小約0.214 MPa；1號邊墩墩頂主梁截面的下緣壓應力有所增加，增加約0.375 MPa；而其他主要截面的應力變化值均不超過0.1 MPa，變化幅度更小。這說明不同的邊墩合龍時間對主梁各主要截面的上、下緣應力有一定的影響，但影響程度很小。

4.2 主梁變形

利用邁達斯有限元軟件建立不同時間參數(shù)的全橋模型。不同邊墩合龍時間的跨中撓度計算結(jié)果如表3，主梁成橋線形如圖6。撓度以向上為正、向下為負。1號墩墩頂梁段節(jié)點號為1、2、3，第一跨跨中節(jié)點號為11，2號墩墩頂梁段節(jié)點號為21、22、23，第二跨跨中節(jié)點號為33，3號墩墩頂梁段節(jié)點號為43、44、45，第三跨跨中節(jié)點號為55，4號墩墩頂梁段節(jié)點號為65、66、67，第四跨跨中節(jié)點號為77，5號墩墩頂梁段節(jié)點號為85、86、87。

表3 不同邊墩合龍時間的跨中撓度 /mm

圖6 不同邊墩合龍時間的跨中撓度

由圖6、表3可知：

（1）不同邊墩合龍時間對兩個邊跨跨中撓度有一定的影響。7 d后合龍的邊跨跨中撓度為12.9 mm，365 d后合龍的邊跨跨中撓度為16.1 mm，365 d后合龍和7 d后相比較邊跨跨中撓度增加了3.2 mm。這說明隨著邊墩合龍時間的推遲，邊跨的跨中撓度有一定程度的增大。

（2）對于中跨跨中撓度，7 d后合龍的中跨跨中撓度為6.9 mm，365 d后合龍的中跨跨中撓度為7.5 mm，365 d后合龍和7 d后相比較中跨跨中撓度增加了0.6 mm。與邊跨相比，邊墩合龍時間對中跨的變形影響更小。

（3）綜上，邊墩合龍時間越晚，意味著橋梁結(jié)構(gòu)保持為邊墩鉸接中墩剛結(jié)的部分剛構(gòu)體系的時間越長。而在部分剛構(gòu)體系狀態(tài)時，主梁兩端部未進行墩梁固結(jié)，主梁受約束的限制較弱，所以主梁的收縮徐變變形較大，即邊墩進行合龍的時間越晚，邊跨、中跨的跨中撓度越大[7-8]。因此，預制節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩的合龍時間越晚則主梁的上拱變形越大，施工時應根據(jù)不同的邊墩合龍時間正確、合理地設置預拱度。

5 結(jié)語

（1）從橋墩受力變形和合龍時間來看，該節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋兩個邊墩的合龍時間越晚，邊墩的內(nèi)力和變形越小，而不同的邊墩合龍時間對中墩和次中墩的結(jié)構(gòu)受力與變形影響較小，這說明邊墩的合龍時間越晚對橋墩的受力和變形越有利。從主梁受力和變形來看，兩個邊墩的合龍時間越晚，主梁成橋后跨中撓度有所增大，施工時應根據(jù)不同的邊墩合龍時間正確合理地設置預拱度。

（2）在實際施工中應把握好兩個邊墩的合龍時間，在中墩臨時支架拆除后選擇適當?shù)臅r間進行邊墩豎向鋼束的張拉，以達到橋墩內(nèi)力和變形均較小的目的。綜上，在保證施工工期的前提下，從橋墩受力和變形方面考慮，建議盡量推遲該節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋兩個邊墩的合龍時間。