客運專線多跨連續剛構橋合龍順序對橋墩水平頂推位移影響研究

劉華為

(中鐵十一局集團第三工程有限公司,湖北十堰442000)

0 引言

隨著計算手段、建造技術、材料性能的不斷發展，橋梁結構形式出現了向大跨、輕型、高強、整體及組合的方向發展，新型的超靜定結構愈發常見，主體結構形成后，超靜定次數也較以前高很多。結構超靜定次數大大增加，使得結構對材料彈性模量、收縮徐變、預應力筋的張拉、結構降溫將會很敏感，同時對該橋內力狀態將產生較大影響。連續梁合龍過程是橋梁結構體系轉化的過程，使得連續梁從原來的懸臂T構的靜定結構轉化為連續的超靜定結構，合龍過程會伴隨著結構內內力重分布的過程。多跨連續剛構不同的合龍順序會對結構產生不同的豎向變形和不同的內力重分布。同時，連續剛構合龍時橋墩會發生向內側傾斜變形，如果成橋后橋墩的變形超出控制范圍，在施工過程中和運營過程中，橋墩外側因混凝土受拉而開裂破壞，影響結構的正常使用。因此，在多跨連續剛構施工中，研究合龍順序對橋墩頂推水平位移影響具有非常重要的意義。

1 工程概況

某客運專線特大橋主橋采用60+100+100+60（m）連續梁結構形式，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。箱梁頂板寬12.2 m，箱梁底板寬6.7 m。頂板厚度除梁端附近外均為40 cm，底板厚度由主墩根部120 cm變至跨中及邊跨直線段40 cm，按直線線性變化，腹板厚度由主墩墩頂100 cm變至跨中及邊跨支點60 cm、按折線變化，全梁在端支點、中跨中及中支點處共設置橫隔墻。梁體全長321.5m，中支點處梁高7.85 m，跨中2.0 m范圍內及邊跨現澆段梁高為4.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心至梁端0.75 m。

2 兩種合龍方案計算結構簡圖

2.1 合龍方案

（1）原合龍方案（簡稱方案一）：

采取先合龍邊跨再進行中跨合龍的合龍順序，此合龍順序是在兩邊跨各變為超靜定體系后，限制邊跨梁的轉角和豎向變形，進而進行中跨合龍。這種合龍方案可準確地滿足設計的各項要求。

（2）改后的合龍方案（簡稱方案二）：

在先合龍中跨情況下，由于結構體系的不同及水平頂推力的變化，會比原有方案對結構內力線形有一定的改變。

2.2 計算簡圖

兩種合龍方案包括由最大懸臂狀態至成橋階段結構計算簡圖如圖1～圖6所示。

（1）方案一：主橋合龍過程結構簡圖（見圖1～圖4）。

圖1 最大懸臂狀態示意圖

圖2 邊跨先合龍示意圖

圖3 邊跨合龍后進行中跨合龍前的頂推示意圖

圖4 主體結構施工完成成橋結構簡圖

（2）方案二：主橋合龍過程簡圖（見圖5、圖6）。

圖5 中跨施加水平頂推力與合龍示意圖

圖6 邊跨合龍與成橋結構簡圖

3 水平位移量優化控制分析

水平位移的控制是在合龍順序改變過程中的重要一環，其關系著成橋運營階段橋梁長期荷載組合情況下橋梁結構內力的分布變化，進而影響著橋梁的線形是否合理、美觀，橋梁內力是否分布較為均勻合理、行車是否舒適，以及能否經受住偶然荷載的作用。

水平位移量的產生是由于當大跨度連續剛構混凝土橋梁采用懸臂施工方法時，每一塊段的混凝土齡期段，其徐變、收縮效應較為明顯。結構不對稱或懸臂施工的進度不同，則徐變、收縮發展的歷程不同，使左右兩半跨產生的撓度和轉角不同，若不能預先較為準確地計入徐變、收縮效應，并采取相應措施，將導致合龍困難。

水平位移是依據合龍過程中由于頂推力產生水平位移量的多少為前提，輔以應力控制，在應力需要滿足的前提下進行水平頂推力的修正，以滿足應力水平的前提下達到預計算的水平位移的目的。

4 兩種合龍方案水平位移量計算分析

方案一的水平位移計算結果為原設計過程中得到的合龍過程中最佳狀態，即施加500 t水平頂推力作用下的邊跨合龍完成后的水平位移，是計算方案二合龍過程中的水平頂推力的一個參照，因此有必要對方案一的水平頂推力進行嚴密的計算預估。據此，經過大量復雜的計算，依據當地的實際狀況，考慮實際施工過程中合龍溫度有高于設計合龍溫度的可能，同時在此階段進行施工階段時間定義時特別設置為極短的時間歷程下，綜合分析排除干擾得到了方案一在邊跨合龍后中跨處施加500 t水平頂推控制力的水平位移圖（見圖7），以及相應的詳細數據表（見表1、表2）。

圖7 水平頂推力500 t作用下結構簡圖（方案一）

表1 水平頂推力500 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）

表2 水平頂推力500t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）

表1和表2的數據說明方案一在頂推力作用下3#墩邊跨各個塊件產生的兩側變形值均值為3 cm左右，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5 cm左右，數值表示與頂推力方向一致的水平位移值。由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為1#墩5 cm，3#墩3 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲存，在長期荷載效應條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預應力鋼束的損失逐漸消耗。

以此水平位移量為主要參考量，進行中跨合龍的合理性分析：對最大懸臂狀態下的水平頂推力進行試算分析，得到最佳頂推力結果（見表3和表4）。圖8為兩種合攏方案不同推力作用下的水平位移對比圖。

表3 水平頂推力320 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）

從表3和表4的數據和圖8可知，方案二在調整頂推力為320 t作用下3#墩邊跨各個塊件產生的兩側變形值均值為3 cm，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5.2 cm，數值表示與頂推力方向一致的水平位移值，由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為3#墩與1#墩的3 cm和5.2 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲存，在長期荷載效應條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預應力鋼束的損失逐漸消耗。與方案一的數值對比基本保持一致，因此，在頂推力施加時即考慮收縮徐變的長期影響條件下，對合龍過程中的頂推力調整為原頂推力的64%。

表4 水平頂推力320t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）

圖8 兩種合龍方案不同頂推力作用下的水平位移對比圖

5 結論

綜上所述：在考慮兩種合龍方案條件下，中跨首先合龍時改變頂推力的作用大小至一個合理數值能夠較好地滿足水平位移的要求；可以保證橋梁在成橋后橋墩處于合理的變形范圍，使得橋梁在后期的運營過程中不會因橋墩的變形造成梁體預應力的松弛損失，進而影響結構的安全運營。