高墩大跨連續剛構橋合龍頂推力研究

武鑫哲 王冠男 王金周

摘要：高墩大跨連續剛構橋的收縮徐變會使梁體產生豎向撓度和水平位移以及附加內力，造成主墩的偏位，同時對主墩受力產生不利影響。因此在合龍段梁端間施加水平推力使墩頂預偏，以抵消墩頂以后將要發生的縱向水平位移。本文通過對某大橋的建模計算，合理的確定合龍頂推力。

關鍵詞：連續剛構；合龍頂推；墩頂縱向位移

1 連續剛構合龍頂推概述

隨著連續剛構橋的不斷推廣與使用，施工監控過程中很多問題隨之產生。當全橋合龍后，結構從靜定結構變為超靜定結構，由于混凝土收縮、徐變和張拉鋼絞線等因素的影響，墩頂將發生縱向水平位移，因而可能產生不利的結構次應力。為了減小甚至避免附加應力的影響，在跨中合龍時，在合龍段鋼筋和合龍支架與模板鎖定前在合龍段梁端間施加水平推力使墩頂預偏，以抵消墩頂以后將要發生的縱向水平位移。

而施加的頂推力的大小如果控制不當，在很大程度上會影響到橋梁結構整體的受力情況，會使橋墩縱向偏移，嚴重時會產生裂縫，同時對整個梁體都會產生不好的影響，甚至會造成大橋的安全性與耐久性降低，影響國家和人民的生命和財產安全。因此，對頂推力的研究有著重要的意義。

2 工程實例

某大橋起點樁號K56+415.55，終點樁號K57+232.66，跨徑組合為50+（61+4×110+61）+5×40m，主橋橋面平均高度約58m，最大墩高約70.5m，橋長817.11m。

主橋采用（61+4×110+61）m預應力混凝土連續剛構，主梁采用單箱單室箱形截面，箱梁懸臂長度3.8m，頂板寬度15.5m，底板寬度7.9m，支點截面梁高為7.2m，跨中截面梁高為2.8m，主橋上部結構采用掛籃懸臂現澆法施工，主墩采用空心薄壁墩，墩厚4.0m，寬7.9m，翻模或爬模施工，鉆孔灌注樁群樁基礎。起點側引橋采用50m預應力混凝土現澆箱梁，支架現澆施工；終點側引橋40m裝配式預應力混凝土箱梁均采用先簡支后連續結構體系，下部結構主要采用薄壁空心墩，鉆孔灌注樁基礎。橋臺為樁柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

第二聯主橋上部結構采用六跨預應力混凝土變截面連續剛構體系，箱梁采用單箱單室截面，縱、橫、豎三向預應力體系。箱梁頂板寬15.5m，底板寬7.9m，翼緣板懸臂長3.8m，箱梁根部梁高7.2m，跨中梁高2.8m，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂板設2%單向橫坡，底板橫橋向為水平。除0、1#塊外箱梁分為13對梁段，縱向分段長度為4×3m+4×3.5m+5×4.5m，邊跨現澆段長度為4.43m，邊跨、中跨合龍段長度均為2.5m。

縱向預應力采用16、17、19、22Фs15.2鋼束，群錨錨固體系，設計張拉噸位分別為312.48t、332.01t、371.07t、429.66t。縱向預應力在箱梁根部9個梁段布設腹板下彎鋼束，其余梁段布設頂板束和底板束。

3 合龍頂推計算

采用橋梁通用計算程序MIDAS/Civil 2010程序對改大橋施工工序進行模擬，并進行頂推計算。

（1）建模過程

用有限元法將全橋劃分為267個節點，253個單元。其中，主梁材料為C50混凝土，橋墩為C50混凝土。墩底全約束，墩頂與零號塊采用剛性連接，橋頭支座采用彈簧單元模擬。整個成橋過程分為25個施工階段，其中每個懸臂梁段的施工為一個階段，該階段劃分成三個子階段：a）立模階段，即掛籃前移階段。b）澆筑混凝土階段。c）張拉預應力鋼筋。

施工順序。各墩“T”構上部同時施工，合龍順序先邊跨后次邊跨最后中跨。

（2）頂推力大小對墩頂縱向位移的影響

該大橋單跨110m，墩高平均為68m，第二聯六跨中間三個橋墩從左向右數，分別記為A墩、B墩、C墩。計算采用以下五種工況：

工況一：中跨合龍頂推前

工況二：中跨合龍頂推后

工況三：二期恒載施加前

工況四：二期恒載施加后30天

工況五：二期恒載施加后10年

中跨合龍時頂推力采用350噸時。分別計算以上五個工況A、B、C三個橋墩墩頂的縱向位移變化，計算結果見表3.1：

表3.1 A、B、C墩各工況下縱向位移

工況 A墩位移（mm） B墩位移（mm） C墩位移（mm）

一 2.209 0 -1.770

二 -25.616 -0.074 25.377

三 -21.029 0.059 21.040

四 -19.852 0.511 20.099

五 -0.212 4.417 -0.042

與頂推前的初始狀態相比，A、B、C三個橋墩的墩頂縱向位移的變化見表3.2：

表3.2 A、B、C墩各工況下縱向位移變化表

工況 A墩縱向相對偏移（mm） B墩縱向相對偏移（mm） C墩縱向相對偏移（mm）

一 2.209 0 -1.770

二 -27.797 -0.074 27.163

三 -23.236 0.059 22.808

四 -22.051 0.511 21.866

五 -2.491 4.417 1.728

由表3.1、表3.2可知：

（1）A墩墩頂初始位置為向右偏移，跨中合龍時，A墩上部結構由于受到向左的頂推力的作用，故A墩墩頂向左發生偏移。二期恒載施加前，A墩上部結構之前受到向左的頂推力的作用已經被結構的收縮徐變部分抵消，故A墩墩頂依然向左發生偏移。隨著時間的增長，經過10年的收縮徐變，A墩墩頂向左的偏移量為2.491mm，結構基本達到最佳受力狀態。

（2）B墩墩頂初始位置為零，且B墩上部結構由于分別受到一左一右兩個方向的頂推力的作用，而且隨著時間的增長B墩及其上部結構受到對稱的收縮徐變作用，故10年后B墩墩頂偏移量很小，可以忽略不計。

（3）C 墩的縱向位移與變化幅度與A墩對稱。

（4）且當跨徑110米，平均墩高68m，中跨合攏頂推力為350噸時，墩身由于受到收縮徐變而產生的次內力對結構的影響很小，但是頂推力為350噸并不是最佳方案，因為A墩有2.491mm的向左偏移，而C墩有1.728mm的向右偏移。而當頂推力的大小為342噸時，A、C墩墩頂縱向位移幾乎為零，為最優方案。

4 結論

由于施工過程中的預應力的張拉以及橋梁結構在全過程中的收縮徐變作用，連續剛構橋在施工監控過程中需要對跨中合龍段施加頂推力，在頂推力的作用下，各墩墩頂出現一定的縱向偏移，在后期的收縮徐變的作用下，各墩墩頂由于頂推力而產生的縱向位移逐漸被抵消掉。

在連續剛構橋的施工過程中，跨中合龍時頂推力的施加是必不可少的，而且要根據橋梁自身的特點合理選擇，才能使橋梁變形更小。

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