大跨徑連續剛構橋合龍頂推力計算分析

李彥兵　李少杰（中交公路規劃設計院有限公司貴州分公司，貴州　貴陽　550000）

?

大跨徑連續剛構橋合龍頂推力計算分析

李彥兵李少杰
（中交公路規劃設計院有限公司貴州分公司，貴州貴陽550000）

摘要：結合重慶南川至貴州道真高速公路某連續剛構橋工程實例，闡述了該橋型合龍過程中所受到的影響因素，分析了橋梁墩頂偏位與頂推力之間的關系，并推演出相應的頂推力計算過程，為今后類似橋型的合龍施工提供了參考。

關鍵詞：連續剛構橋，頂推力，合龍施工，計算模型，位移

隨著交通事業的發展，預應力混凝土連續剛構橋由于其在縱向擁有很好的抗彎剛度和橫向的抗扭剛度，并且其懸臂施工方便，行車平順，逐漸成為了大跨徑橋梁施工的首選方案。

但由于連續剛構墩梁固結的特點，在產生豎向撓度的同時，也會使主墩產生一定的水平位移。在合龍施工過程中，考慮到后期收縮徐變及現場合龍溫度與設計溫度差值的影響，應在合龍段兩側施加頂推力，以消除上述兩者所產生的水平位移。

1　工程概況

重慶南川至貴州道真高速公路某大橋為大跨度預應力混凝土剛構橋，其跨徑布設為85 m +148 m +85 m，該橋左右幅橋分幅設置，兩幅橋間距0.5 m，單幅橋橋面總寬12 m，橋面行車道寬11 m，兩側各設0.5 m寬的防撞護欄。跨中合龍段梁高3.3 m，0號塊根部梁高9.20 m，單“T”構從中跨跨中漸變至箱梁根部，以1.75次拋物線變化。結合實際施工現場及工程進度要求，主梁懸臂澆筑梁段長度共劃分為4.0 m，4.7 m兩種節段，合龍段為2 m。

2　合龍頂推力計算分析

2.1墩頂偏位與頂推力關系

在結構有限元計算模型中（見圖1），采用施加縱向水平集中荷載P的方式，在中跨合龍前（即最大懸臂狀態下）對橋跨結構進行模擬頂推，來進一步判斷墩頂水平位移的大小。

在最大懸臂端分別施加0 kN，100 kN，200 kN，300 kN的頂推力，兩個主墩墩身對應在0號塊中心的節點（28號、76號節點）處的水平位移見表1。

表1　頂推力下主墩水平位移（合龍溫差為0）　mm

從表1中可以看出，控制截面節點的水平位移變化基本與頂推力呈線性規律，即每增加100 kN的頂推力，1號墩對應0號塊中心處水平偏位為7.50 mm，2號墩對應0號塊中心處水平偏位為6.05 mm。有了上述節點位移量與頂推力的關系，即可開展頂推力優化計算。

2.2頂推力計算

1）收縮徐變對頂推力的影響。在確定橋梁在運營一段時間后因收縮徐變影響所需的實際水平方向偏位量時，需要從以下兩個因素考慮：

a.理論上的頂推量應為橋梁長期收縮徐變后縱向水平位移的累積，建立的有限元分析模型是對橋梁自身結構理想狀態的模擬，而實際情況下的橋梁邊跨支座位移肯定會受到摩阻力的影響。

b.橋梁從成橋狀態到收縮徐變過程的完成需要較長的時間，假如預先頂推全部收縮徐變效應值，橋梁結構在合龍完成后的運營階段，將會產生由于頂推作用而引起的反向過大位移，并且在此期間將有活荷載的作用，將會對運營期的橋墩產生較大的不利彎矩，更有可能引起開裂。另外雙薄壁墩一般采用柔性墩，設計上考慮容許一定的縱向位移。

根據相關工程經驗，一般只需預頂實際收縮徐變量的60%。考慮橋梁運營十年后，主墩對應0號塊中心處節點位移如表2所示。

表2　橋梁運營十年后縱向位移　mm

在頂推力Pi作用下，各節點的水平位移量可按式（1）計算：

δi=δ1 - i×Pi（1）

δi=60%×δ10（2）

即：Pi=δi/δ1 - i（3）

其中，δi為各節點頂推產生的水平位移；δ1 - i為單位頂推力作用下各節點水平位移；Pi為頂推力；δ10為橋梁運營十年后節點累計水平位移。

通過表1，表2及式（3），可計算出：

P28=δ28/δ1 -28=27.60/7.50 =368 kN；

P76=δ76/δ1 -76=27.1/6.05 =448 kN。

中跨合龍前對兩懸臂端頂推時，為了便于施工，兩個中跨合龍段的頂推力應保持相等，即|P28| = P76。因此頂推力P1=（|P28| + P76）/2 =408 kN。

2）合龍溫度對頂推力的影響。在實際的施工環境中，當時的合龍溫度往往與設計合龍溫度有一定差值，由于橋梁合龍后升溫情況相比較降溫情況對結構受力更為有利，故盡量選擇低溫環境合龍。

為分析在設計溫度情況下合龍后，降溫對結構的有利影響，選取計算了5個降溫值工況對主墩相對應的0號塊中心節點水平位移的影響，結果見表3。

表3　合龍后降溫作用下對應節點水平位移　mm

根據表3高溫合龍下相對應的水平位移，則可計算出單獨考慮高溫溫差所需采用的頂推力值，見表4。

表4　高溫合龍下考慮溫差對應頂推力值

3）最終頂推力的確定。

綜合考慮到混凝土收縮徐變、合龍溫度、結構體系轉換等影響因素下，最終頂推力值如下：

P = P1+ PΔT。

值得注意的是，當橋梁在低于設計溫度合龍時，相應的頂推力也應由兩者的代數和來確定，不能一味地相加或者相減。

3　結語

大跨徑連續剛構橋合龍過程中的頂推力施工環節尤為重要，不僅對后期跨中豎向下撓起到緩解的作用，同時平衡主墩水平偏位，改善橋梁的受力分布，從而增強了后期結構的安全性。

參考文獻：

［1］范立礎.橋梁工程（上冊）［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［3］鄒毅松，單榮相.連續剛構橋合龍頂推力的確定［J］.重慶交通學院院報，2006（2）：13-15.

［4］李亞林，周瑋.連續剛構橋頂推力計算方法及受力性能分析［J］.交通科技與經濟，2006（5）：7-8.

［5］楊虎根，陳云海.公路橋梁結構設計系統在施工控制中的應用淺析［J］.公路交通科技，2006（1）：15-16.

On calculation and analysis of jacking force at closure of large-span continuous rigid bridges

Li Yanbing Li Shaojie
（Guizhou Branch，CCCC Highway Consultants Co.，Ltd，Guiyang 550000，China）

Abstract：Combining with some continuous rigid bridge project along Nanchuan-Daozhen Expressway，the paper illustrates the factors in the closure process of the bridge，analyzes the relationship between the pier top deviation and jacking push of the bridge，and deduces the calculation process of the jacking push，so as to provide some reference for the closure construction of similar bridges.

Key words：continuous rigid bridge，jacking push，closure construction，calculation model，displacement

中圖分類號：U445.4

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0168-02

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：李彥兵（1986-），男，碩士，工程師