連續梁合龍段剛性連接溫度影響的計算分析

蔡海玉 騰兆寶

(中鐵十局集團第二工程有限公司，河南鄭州 450008)

0 引言

隨著城際鐵路建設的快速發展，大跨度橋梁建設進入了前所未有的高潮時期，四通八達的城鐵網絡不斷催生出越來越多的連續梁橋。連續梁橋的施工方法很多，對于大跨徑橋梁采用掛籃懸臂現澆施工則是較為成熟和便捷的。

掛籃施工的連續梁橋施工受溫度的影響較大，尤其是合龍段的施工。合龍段施工是懸臂澆筑連續梁施工和體系轉換的關鍵環節，梁體混凝土因晝夜溫差的影響產生膨脹收縮，會造成合龍段新澆混凝土的開裂，影響混凝土的受力狀態及懸澆梁體系轉換的完成。合龍段施工必須采取合理的措施，設置必要的合龍剛性支撐鎖定，使合龍段梁端保持相對固定，保證合龍段混凝土在凝固及工作過程中滿足受力狀態的設計要求，保持梁體線形，控制合龍段的施工誤差。

1 工程概況

本橋為某城際軌道交通工程中的連續箱形梁橋，橋梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。箱梁頂面寬11.6 m，箱梁底寬4.498 m～3.584 m，頂板厚度為60 m～35 m，按拆線變化，底板厚度35 cm～90 cm，按拋物線變化。腹板厚50 cm～80 cm，按拆線變化，全聯在端支點、中支點處共設4個橫隔板，橫隔板設有人孔，供檢查人員通過。梁長為139.84 m，計算寬度為(39.17+60+39.17)m，中支點截面中心線處梁高為4.4 m，跨中2 m直線段及邊跨10.92 m直線段截面中心線處梁高為2.8 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端75 m。橋梁采用掛籃懸臂施工，全橋分6個節段，掛籃施工完6號節段，就進入合龍段施工，合龍段采用吊架施工。合龍順序為先邊跨后中跨。邊跨合龍段混凝土澆筑后，張拉邊跨預應力束，解除主墩頂臨時固結，使懸臂T構變為簡支結構;中跨合龍后，使兩個簡支結構形成一個連續梁，完成兩次體系轉換。邊跨現澆段及6號塊端部腹板兩側頂板、底板上各預埋4塊40 cm高，50 cm寬，2 cm厚的鋼板，鋼板后方加焊鋼板肋進行加強，梁體內埋設加強鋼筋與混凝土連接增加抗拔力。支撐型鋼采用40a的雙拼槽鋼焊接而成，在混凝土澆筑前幾天凌晨最低溫度時，將支撐型鋼焊于兩側梁內預埋的鋼板上，起到支頂作用并起部分抗拉作用，焊接時注意同一根型鋼骨架一端焊完后再焊接另一端。合龍段施工選擇一天的最低溫進行，因混凝土澆筑后，氣溫的變化會引起梁體的伸縮變形，同時梁體左右日照溫度不同還會引起梁的扭曲變形，所以合龍段混凝土施工前需對合龍口進行臨時鎖定，保持合龍段無相對變形。

2 計算內容

驗算在溫度荷載作用下，剛性連接支撐的強度是否滿足要求。計算內容主要包括以下部分:

1)設定在溫度升高10℃的情況下，梁體跨中受溫度荷載產生的內力大小;2)剛性連接的強度驗算。

3 溫度荷載產生的內力計算

為了保證合龍段在灌注新混凝土達到強度前合龍口不因梁體由于溫度變化產生膨脹或收縮變形而使合龍段混凝土在凝固過程中受到影響而破壞，需要進行合龍口鎖定，中跨合龍為雙端固定，溫差引起的變形及應力很大，故臨時鎖定可采用勁性骨架和張拉時預應力束共同鎖定，合龍段臨時鎖定要抵抗溫度應力、T構兩端不平衡彎矩等多種外力，保證懸臂T構施工安全和合龍段不出現裂紋。

3.1 模型建立

建模時，根據設計、施工方案及現場的實際情況，采用橋梁分析軟件建立主橋模型，主梁橋墩以梁單元建立，共計節點49個，46個梁單元。主橋模型見圖1。

圖1 主橋模型圖

3.2 荷載確定

計算主要是考慮主橋在溫度上升10℃時，主橋的受力情況，給主橋施加10℃的系統溫度。

3.3 邊界條件約束

2號墩，3號墩墩底固結，1號墩，4號墩縱向約束釋放，見圖2。

圖2 主橋邊界條件約束

3.4 計算結果

在溫度上升10℃的情況下，主梁中跨跨中受力見圖3，圖4。

由以上分析計算結果可看出:在設定溫度上升10℃的荷載作用下，主梁跨中部位受軸向壓力710 kN，彎矩2 900 kN·m。

4 剛性連接檢算

剛性連接采用40a的雙拼槽鋼，分別位于腹板的上下。

依據前面計算，可知在溫升10℃時，主梁跨中將有710 kN的軸向力，考慮到還有彎矩作用，按2倍系數驗算，即每根槽鋼承受710×2/4=355 kN。

圖3 溫度荷載作用下主梁軸力圖

圖4 溫度荷載作用下主梁彎矩圖

4.1 強度驗算

40a雙拼槽鋼的截面特性:A=1.484 400e+004 mm^2，Ix=3.472 576e+008 mm^4，Iy=2.428 092e+007 mm^4。

強度滿足要求。

4.2 穩定性驗算

查表 5.1.2-1，x軸屬于 b類，y軸屬于 b類。

合龍段長度為2 m。

穩定性滿足要求。

5 結語

連續梁橋合龍段施工時，溫度應力常常是混凝土梁橋產生裂縫的主要原因，如何在溫度變化時保證合龍段混凝土的質量，是合龍段施工成功與否的關鍵。因此，施工中必須高度重視，剛性連接必須有足夠的強度和穩定性，保證合龍結構穩定，也為橋梁的安全運營提供保障。

［1］李玉良.風陵渡公路黃河大橋合攏段剛性支撐設計和應用［J］.山西交通科技，1999(5):67-68.

［2］冉 超.懸臂澆筑連續梁合攏段施工與計算［J］.城市建設理論研究，2011(3):111-112.

［3］劉興法.混凝土結構的溫度應力分析［M］.北京:人民交通出版社，1991.