客運專線多跨連續剛構橋合龍順序頂推力對變形和橋墩應力影響研究

張吉平

(中鐵十一局集團第三工程有限公司,湖北十堰442000)

0 引言

預應力連續剛構橋由于受力合理、行車平順、施工方便和養護費用少等優點在工程上被大量采用，并且向大跨徑發展。大跨徑連續剛構橋施工完成后，主梁的成橋線形要與設計相符，以保證營運期間主梁的受力與設計一致。任何橋梁施工特別是大跨徑橋梁的施工,都是一個系統工程。為實現設計目標而必須經歷的施工過程,將受到許許多多確定和不確定因素 (誤差)的影響,如何從各種失真的結構參數中找出相對真實值,對施工狀態進行實時識別(監測)、調整(糾偏)、預測,使施工系統處于控制之中,這對設計目標安全、順利實現是至關重要的。橋梁的設計和現場施工的具體情況有一些差距，到了合龍施工階段，這種差距累積是相當大的，這些問題都需要在合龍段的施工中得到適當解決。總之，成熟的合龍技術是橋梁建造成功的前提。而合龍段的施工順序也是合龍段的重要決策之—。不同的豎向變形也要求在橋梁施工過程中對結構的預拱度進行不同的設置。本文以某客運專線4跨連續剛構為例，主要研究不同的合龍順序對橋梁豎向位移的影響。

1 工程概況

某客運專線特大橋主橋采用60+100+100+60(m)連續剛構結構形式。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6.7m。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321.5 m，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

2.1.1 方案一

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。

2.1.2 方案二

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。

2.2 計算簡圖

兩種合龍方案最大懸臂狀態至成橋階段結構計算簡圖分別如圖1及2～6圖所示。

圖1 最大懸臂狀態示意圖

2.2.1 方案一

主橋合攏過程簡圖見圖2～圖4所示。

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

2.2.2 方案二

主橋合龍過程簡圖見圖5和圖6所示。

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 成橋階段豎向位移分析

計算分析和實際測量施工撓度，首先是根據前一節所分析計算的水平頂推力的前提下進行的；接著，針對合龍過程中的差異進行比對。比對及分析結果如圖7和圖8所示。

圖7 施加二期恒載后結構豎向位移圖（方案一）

圖8 施加二期恒載后結構豎向位移圖（方案二）

由以上數據分析對比可知：方案二比方案一在中跨向上撓度有所增加，同時邊跨向下撓度也有相對增加。總體來講，方案二先合龍中跨會在一定程度上改變成橋的線形。因此如若改變施工順序首要的是在立模標高上進行仔細的分析校核，適時改變立模標高數值，以滿足成橋后整體線形的需要。

4 施工階段橋墩應力分析

其應力峰值見圖9～圖12所示，其應力分析對比結果見表1、表2所列。

圖9 施工階段應力峰值圖-底板（單位：MPa）（方案一）

圖10 施工階段應力峰值圖-頂板（單位：MPa）（方案一）

圖11 施工階段應力峰值圖-底板（單位：MPa）（方案二）

圖12 施工階段應力峰值圖-頂板（單位：MPa）（方案二）

表1 3#墩邊跨段應力分析對比計算結果一覽表(單位：MPa)

5 結論

綜合分析，可以得出：兩種不同合龍方案在水平頂推力一定的條件下，中跨應力較邊跨應力吻合較好。方案二的頂板應力較方案一有所增加，方案二的底板應力較方案一有所減少，同時，邊跨的應力改變量較中跨大。這是因為按照方案一的合龍順序情況下，邊跨主梁在頂推時是超靜定結構，結構剛度增大了的同時，應力發生重分配。

表2 3#中跨段段應力分析對比計算結果一覽表(單位：MPa)

經對比分析計算，在方案二的情況下進行合龍，主橋成橋后的應力仍然符合設計要求。應力變化量屬于可控的范圍內。同時，施工監控過程中能夠進行應力的實時檢測，觀測應力變化趨勢和具體數值，以達到保證合龍前后應力滿足設計要求的目的。