晉蒙黃河大橋主橋合攏順序方案研究

張科峰

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

剛構- 連續(xù)組合梁橋既保留了連續(xù)梁橋的優(yōu)點，又改善了連續(xù)剛構橋的受力特性[1]，在提高跨越能力的同時降低了連續(xù)梁后期維護費用，因此已成為橋梁工程師設計大跨橋梁的必選橋型之一。而上部主梁的合攏才能實現(xiàn)橋梁的全面貫通，是懸臂澆筑施工中非常重要的環(huán)節(jié)，尤其對于多跨、長聯(lián)的剛構橋，不同的合攏順序對成橋后橋梁的受力及變形有重要的影響。

1 項目概況

晉蒙黃河大橋工程是山西省高速公路網規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”第三橫（靈丘—河曲）的重要組成部分，起點銜接山西省神池至河曲高速公路，終點接入內蒙古自治區(qū)大飯鋪至龍口高速公路，是跨越黃河大北干流河曲河段的特大型橋梁。

主橋采用（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m 預應力混凝土剛構- 連續(xù)組合梁橋體系，上部采用雙幅設置，單幅主梁截面形式為單箱單室，頂板寬15.75 m（含兩側各10 cm 后澆帶），底板寬8 m，翼緣板懸臂長為3.875 m，主墩頂0 號塊梁高9.5 m，跨中梁高3.4 m。主墩根部至跨中合攏段梁高按1.7 次拋物線變化。主橋下部橋墩均采用矩形空心墩形式，其中8 號、19 號墩為主引橋交界，14號墩為主橋分聯(lián)墩，9 號、12 號、13 號、15 號、18 號墩為設鋼球支座的連續(xù)墩，10 號、11 號、16 號、17 號為與主梁固結的剛構墩。本文以第一聯(lián)為研究對象，立面布置及橫斷面見圖1～圖3，技術指標見表1。

圖1 第一聯(lián)主橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 跨中斷面圖（單位：cm）

表1 技術指標表

圖3 支點斷面圖（單位：cm）

2 不同合攏方案簡介

懸臂對稱施工時，對于非固結墩可采用臨時固結措施將墩梁固結，橋梁合攏后再拆除臨時固結措施以完成體系轉換。但是不同的合攏順序對于結構的內力以及變形的影響也不相同[2]，因此，對于此類橋梁的設計及施工控制，合理的合攏方案就成為首要的關注點，它是施工完成后結構達到合理成橋狀態(tài)的關鍵影響因素。

本文為進行對比，除原設計方案外，另提出以下3 種方案進行比較分析：

a）方案一 保持合攏順序與原設計方案一致，改變連接合攏段預應力鋼束的張拉與解除臨時錨固的順序。

b）方案二 兩個合攏段同步推進，保持合攏段預應力張拉與臨時錨固順序與設計一致。

c）方案三 在方案二基礎上，改變合攏段預應力張拉與臨時錨固順序。

3 不同合攏方案對橋梁的影響分析

選用Midas Civil 創(chuàng)建有限元計算模型，模擬橋梁懸臂澆筑施工過程，并對合攏段的合攏順序與臨時錨固的解除時間進行研究。主橋第一聯(lián)有限元模型見圖4，各合攏段編號見圖中所示。建立有限元模型時，對邊界條件做如下處理：

a）忽略樁基影響，墩底視為固結。

b）剛構墩與主梁按固結處理，連續(xù)墩與主梁臨時固結解除后采用活動鉸支座連接。

c）邊跨永久支座采用活動鉸支座。

圖4 主橋第一聯(lián)Midas Civil 有限元模型

3.1 主梁應力

成橋時對比方案主梁上、下緣應力見圖5～圖7所示。

圖5 方案一 成橋時主梁上、下緣壓應力

圖6 方案二 成橋時主梁上、下緣壓應力

圖7 方案三 成橋時主梁上、下緣壓應力

表2 主梁合攏段上翼緣壓應力值 MPa

從圖5～圖7 可見，對比方案成橋階段主梁應力均滿足規(guī)范[3]要求。從表2 可以看出，合攏順序對主梁應力水平影響較大，而先解除臨時錨固后張拉預應力鋼束，有利于減小相應合攏段截面壓應力，但是影響較小。

3.2 墩頂水平位移

提取8～14 號橋墩墩頂對應的主梁控制點水平位移，分別對比成橋階段和10年收縮徐變后變形，可以看出，預應力張拉與解除臨時錨固的施工順序對按相同合攏順序施工的主梁水平位移影響不大，但合攏順序對主梁水平位移影響相對較大。

表3 主梁控制點水平位移 cm

3.3 墩底彎矩及軸力

從表4、表5 中可以看出，4 種方案對墩底軸力影響均較??；預應力張拉與解除臨時錨固的施工順序對按相同合攏順序施工的墩底彎矩影響均較小；但合攏順序對墩底彎矩影響較大，4 個方案中最大墩底正彎矩均出現(xiàn)在10 號墩。且成橋10年收縮徐變后橋梁合攏順序、張拉預應力鋼束與解除臨時錨固的順序對橋墩墩底彎矩的影響明顯減少，但是合攏順序對橋墩墩底彎矩仍有較大影響。

表4 橋墩墩底彎矩表 kN·m

表5 橋墩墩底軸力表 kN

4 結語

通過對晉蒙黃河大橋多種合攏方案的對比研究，可以得出以下結論：

a）4 個方案（設計合攏方案及3 個比較方案）的主梁應力均能滿足規(guī)范要求；4 個方案的主梁在正常使用極限狀態(tài)（短期）下，連續(xù)梁段中的跨中上緣最小應力均滿足規(guī)范要求。

b）不同合攏順序對導致橋梁結構體系轉換的時間不同，結構受混凝土收縮、徐變的影響時間不同，受張拉預應力所產生的應力、撓度也有所不同。橋梁的合攏順序對橋梁的應力、水平位移以及墩底彎矩影響都較大，但對橋梁墩底豎向力的影響較小。

c）預應力的張拉與解除臨時錨固的順序對結構的墩底彎矩和豎向力以及水平位移都影響較小，但對橋梁上部結構的應力有較大影響，特別是在合攏段。

d）成橋經過10年的收縮徐變后，橋梁合攏段的合攏順序對于橋墩墩底彎矩的影響會明顯減小，但仍有較大影響。本文確定的較為合理的主橋合攏順序有借鑒意義，但因所處環(huán)境及研究的出發(fā)點不同，各種橋梁之間會有差異，實際施工中應綜合考慮[4]，以得到適合橋梁的最優(yōu)合攏順序。