不同合龍方式對連續梁橋成橋狀態的影響

楊 陽，曹興龍，崔建龍，鄧 曉，王神力

(蘭州交通大學土木工程學院，甘肅蘭州 730070)

合龍是一個體系轉換的過程，合龍后結構的約束增加，超靜定次數增大［1］。不同的合龍方式，結構的幾何特性、所受荷載以及支撐條件不斷變化，導致結構的彈性內力以及由混凝土收縮、徐變引起的結構次內力需要分階段計算，而且成橋后的內力和線形與合龍方式有著直接的關系［2］。文獻［3］對一次落架合龍方案和分段施工合龍方案進行對比分析，討論了收縮徐變及支架剛度和排列密度在不同合龍方案下對結構成橋狀態的影響。文獻［4］對合龍方案進行了分類，并且對各種類型的合龍方案進行了對比說明，但是并未對采用各種不同合龍類型的差別做出定量分析。文獻［5］分析了混凝土重度在不同橋型、不同跨徑及不同改變幅值的情況下對橋梁線形的影響。文獻［6-9］以某連續梁施工控制為例，分析了不同合龍方案對橋梁累計位移和受力的影響。

混凝土連續梁橋采用不同的合龍順序將影響其內力和線形，每種合龍順序需考慮的影響因素也很多，主要包括［2］:①自重、加載齡期和彈性模量的影響;②施工荷載;③預應力筋的張拉及預應力損失;④混凝土收縮、徐變。本文采用Midas/Civil軟件進行了連續梁橋的兩種合龍方式模擬分析，分析了兩種合龍方式成橋后自重、徐變次內力以及鋼束次內力對連續梁橋成橋線形和內力的影響。

1 工程實例及有限元分析模型

1.1 結構形式

某3跨預應力混凝土變截面連續梁橋(圖1)計算跨度(58+96+58)m，邊支座中心線至梁端0.8 m，梁全長213.6 m。梁高沿縱向按圓曲線變化，中支點梁高7.5 m(高跨比1/12.8)，邊支點及中跨跨中梁高4.5 m(高跨比1/21.3)。中跨跨中直線段長10.0 m，邊跨直線段長15.8 m。主梁采用單箱單室變高度變截面混凝土箱梁，箱梁頂寬11.2 m，箱梁寬6.4 m，截面采用單箱單室直腹板形式。頂板厚度除中支點及梁端附近外均為40.0 cm，梁端頂板厚度為62.5 cm，中支點附近為65.0 cm。外腹板厚為48，68，90 cm，中支點附近為140 cm，按折線變化。底板厚度由跨中的40.0 cm按圓曲線變化至根部91.8 cm。

圖1 連續梁立面示意(單位:cm)

在大橋施工中，箱梁與主墩臨時固結形成2個T構，每個T構分11個施工階段，采用掛籃懸臂現澆。

1.2 有限元模型

本文采用有限元軟件Midas/Civil對施工過程進行有限元模擬分析，將結構分為65個節點，64個單元。中墩約束為固定鉸支座，其余約束為活動鉸支座。

2 兩種不同合龍方案對成橋線形和內力的影響

2.1 合龍順序

先邊跨后中跨合龍:懸臂施工T構→滿堂支架施工邊跨現澆段→邊跨合龍→邊跨體系轉換為簡支單懸臂結構→拆除施工支架→中跨合龍→施工橋面鋪裝。

先中跨后邊跨合龍:懸臂施工T構→滿堂支架施工邊跨現澆段→中跨合龍→中跨體系轉換為簡支雙懸臂結構→邊跨合龍→拆除施工支架→施工橋面鋪裝。

2.2 成橋線形影響分析

成橋后，結構在自重、徐變及鋼束次內力分別作用下的線形分析:①先中跨后邊跨合龍，成橋后自重作用下結構中跨線形變化幅度明顯要大，穩定性較差，對結構受力不利，見圖2;②在徐變次內力作用下邊跨線形變化幅度較大而且曲線較陡，不利于結構受力，見圖3;③在鋼束次內力作用下整體線形變化幅度較大，不利于結構受力，見圖4。

圖2 成橋后自重作用下豎向位移

圖3 成橋后徐變次內力作用下豎向位移

圖4 成橋后鋼束次內力作用下豎向位移

2.3 成橋內力影響分析

成橋后，結構在自重、徐變及鋼束次內力分別作用下的內力分析:①自重作用下中跨跨中截面最終的彎矩增大了10.93%，見圖5;②徐變次內力作用下中跨跨中截面最終的彎矩增大了10.15%，見圖6;③鋼束次內力作用下中跨跨中截面最終的彎矩增大了7.1%，見圖7。可以看出采用先邊跨后中跨合龍工序施工時，連續梁橋成橋后的受力狀況更好些。

圖5 59點成橋后自重作用下豎向彎矩

圖6 成橋后徐變次內力作用下豎向彎矩

圖7 成橋后鋼束次內力作用下豎向彎矩

3 結論

1)連續梁結構成橋后的線形和內力與施工合龍工序有關。不同的施工工序，它們的初始恒載內力不同，并且在體系轉換過程中由徐變及鋼束次內力引起的內力重分布的數值也不同。采用先邊跨后中跨合龍順序施工時，結構穩定、受力對稱，并便于結構內力調整。而采用先中跨后邊跨合龍順序施工時，由于徐變次內力及鋼束次內力的影響導致成橋后線形變化幅度較大，平順性差以至于穩定性較差，對結構受力不利。

2)兩種合龍工序相比，采用先中跨后邊跨合龍工序施工時，內力變化曲線幅度明顯較大，成橋后內力相對較大，在結構呈懸臂狀態時穩定性差。在大跨和多跨連續梁橋中，應盡量避免使用這一施工工序。

3)在計入結構自重、混凝土徐變次內力以及鋼束次內力影響的前提下，采用有限元法計算了三跨連續梁橋在兩種不同施工順序下的受力情況，對結構成橋后的內力和位移進行了綜合比較。結果表明不同施工順序對結構成橋后的內力和線性有較大影響，其中先邊跨后中跨方案產生的內力和線性比較均勻，可以得到最為合理的成橋狀態，故采用先邊跨后中跨的合龍方案最優。

［1］范立礎.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］石現峰.施工方法對混凝土連續梁橋內力及變形的影響［J］.工程力學，1998(增刊):543-549.

［3］鐘正強.連續梁橋合龍方案對施工控制的影響［J］.長沙交通學院學報，2002，18(3):27-31.

［4］吳建中.多跨連續梁橋的合龍設計［J］.橋梁建設，1999，29(3):30-33.

［5］張戎令.混凝土容重對不同跨徑及橋型懸臂施工敏感性分析［J］.蘭州交通大學學報，2011，30(1):107-111.

［6］劉曰飛，許長青，陰曉云.大跨度連續剛構橋合龍應注意的幾個問題［J］.鐵道建筑，2007(1):14-15.

［7］吳成程.大連灣特大橋變截面箱梁掛籃合龍段施工方法［J］.鐵道建筑，2010(8):47-49.

［8］蔡肅軍.連續梁橋不同合龍方案對施工控制的影響［J］.交通科技，2007(5):18-21.

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