轉體T構橋梁施工過程變形分析研究

劉玉霖 溫江衛

隨著國內經濟和社會的快速發展，鐵路建設持續加快，以車站為中心的城市框架不斷拉大，不可避免地出現城市道路與鐵路交叉；鐵路承擔國內大量貨物和旅客運輸，發揮了至關重要的作用，城市道路跨越鐵路設計和施工時，需最大限度減少對鐵路運輸的影響，保證鐵路設施安全，轉體橋梁技術可有效解決這一問題。

一、工程概述

某城市快速路設計雙向八車道，行車速度80km/h，左右分幅設計，其中西半幅與某干線鐵路交叉，夾角為75.9°，橋梁按照正交設計；采用（68+68）m的T型剛構跨越，橋梁寬度20.5m，橋下凈空不小于9m。

橋梁上部結構采用單箱三室斜腹板箱形截面，下部結構轉體主墩與主梁固結，橋墩采用單柱矩形空心墩，橋墩高8.5m，壁厚1.5m，橫橋向寬度10m，縱橋向寬度6m；主墩承臺厚5m，承臺下設置25根Φ1.5m鉆孔灌注樁；橋面鋪裝采用10cm厚瀝青混凝土+8cm厚混凝土鋪裝層，橋梁兩側設置SS混凝土防撞護欄；轉體橋墩布置在鐵路北側，順鐵路方向搭設支架現澆，然后轉體施工，最大懸臂長度（62.5+62.5）m，轉體重量12200噸。

二、結構設計

結構自重：預應力混凝土箱梁、混凝土橋面鋪裝層26kN/m3，瀝青混凝土橋面鋪裝層24kN/m3。

預加應力：松弛率0.3，錨具變形、鋼束回縮取6mm，預埋波紋管μ=0.25，k=0.0015。

溫度荷載：整體溫度變化分別按照升溫、降溫25℃考慮。

箱梁采用單箱三室斜腹板，頂板寬20.5m，底板寬度隨梁體高度增加而減少，端支點最寬處為13.2m，中支點最窄處為10.5m；箱梁兩側懸臂長3m，懸臂板端部厚20cm，根部厚55cm；箱梁頂板厚28cm，中墩處頂厚58cm，底板厚度32cm～90cm，腹板厚度為50cm～90cm，邊支點處局部加厚到70cm，中支點局部加厚到150cm；縱向預應力鋼束采用頂、腹、底板布束方式布置，錨固齒塊且盡量靠近腹板布置。

三、結構計算

1. 模型建立

橋梁縱向結構分析采用MIDAS CIVI程序，進行施工階段和成橋階段計算，箱梁截面采用軟件提供PSC截面按照設計截面參數輸入，利用變截面組模擬梁高縱橋向變化，端橫梁和中橫梁實心截面采用與其相鄰的截面特性，實心部分轉化為集中荷載作用在對應節點上；梁體支架采用彈性點支撐模擬，支撐剛度近似取支架剛度k=1.0×107kN/m；施工階段的劃分按照實際施工步驟，將結構離散成不同結構組，分階段激活和鈍化相應單元模擬施工過程。

2. 施工階段分析

轉體之前梁體在支架上現澆完成，并養護至設計齡期后張拉預應力，然后進行脫模形成最不利大懸臂狀態（62.5+62.5）m，梁體上下緣應力數值見表1，正值表示拉應力，負值表示壓應力。

表1 最大懸臂狀態梁體應力計算結果匯總

支架拆除后，T構最大懸臂狀態下梁體端部向下撓43mm。

3. 成橋階段分析

成橋設計狀態下，僅考慮結構自重作用下，梁體上下緣應力數值見表2。

表2 成橋狀態梁體應力計算結果匯總

成橋狀態下，橋梁最大撓度發生在合龍截面處，向下撓39mm。

從梁體計算結果表格分析可以看出，主梁混凝土應力均滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》要求。

4. 支架拆除分析

轉體T構支架上現澆混凝土約3300m3，澆筑混凝土體積大，支架拆除順序的確定將影響支架結構安全，確定合理拆除順序至關重要，結合現澆梁支架經驗，假定以下3種支架拆除順序：（1）從懸臂端部向懸臂根部對稱拆除，支架反力6782kN；（2）從懸臂根部向懸臂端部對稱拆除，支架反力4432kN；（3）從跨中向兩端對稱拆除，支架反力4432kN（端部）/5791kN（根部）。

從支架拆除順序可以看出，一次脫架會導致最后拆除1排支架產生較大的支架反力，存在將支架壓潰風險，影響支架結構拆除安全。

四、脫架監測數據分析

根據現場梁體脫架監測數據，脫架過程中梁體開始發生下撓，脫架完成后，梁體端部發生向下撓95mm，與設計理論計算出現不符，結合現場情況，現澆混凝土梁與工程數量基本一致，比模型統計數量偏多，經比較分析，預應力鋼束錨固齒塊有限元模型沒有進行模擬；轉體T構形成最大懸臂狀態，腹板鋼束分段錨固在中腹板兩側及邊腹板內側均設置齒塊，單個齒塊約1.0m3混凝土，頂板對應位置設置齒塊，單個齒塊約0.8m3，齒塊間距4.0m，平均作用荷載70.2kN/m；根據比對分析，對模型重新修正后計算。

1. 施工階段分析

施工中最不利大懸臂狀態下，T構最大懸臂狀態下梁體端部理論向下撓84mm，梁體上下緣應力數值見表3。

表3 最大懸臂狀態梁體應力計算結果匯總

2. 成橋階段分析

成橋設計狀態下，僅考慮結構自重作用下，橋梁最大撓度發生在合龍截面處，理論向下撓85mm，梁體上下緣應力數值見表4。

表4 成橋狀態梁體應力計算結果匯總

3. 支架拆除分析

有限元分析了不合理支架拆除順序將會導致最后拆除1排支架壓潰，結合前期類似項目支架拆除經驗，建議支架從端部向根部，分3次落架，將支架與模板分離，以適應梁體下撓變形；第一次落架節點位移量1/3，支架反力1991kN，第二次落架節點位移量1/3，支架反力344kN；第三次落架節點位移量1/4，支架反力102kN；上述分析可以看出，可以有效減小拆除支架反力，保證支架結構安全。

五、結論

（1）采用有限元數值計算與現場實際監測數據進行比對，對設計過程進行了有效的校核，支架現澆法形成T構與懸臂施工形成T構截面特性存在一定差異。

（2）跨線轉體T構施工采用支架上一次現澆，頂板及腹板鋼束錨固需要而布置數量較多齒塊，其荷載對最大懸臂狀態和成橋狀態下應力、變形均有影響，設計過程需計算齒塊荷載作用。

（3）支架現澆施工行成T構，采用多次落架，循環進行的支架拆除方案，合理的支架拆除順序可有效解決支架結構安全。