預應力混凝土剛構-連續梁組合體系橋梁合攏次序分析

郝翠，曹新壘

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有眼公司，安徽 合肥 230088)

0 引言

連續剛構橋梁較連續梁橋在同等建設條件下，結構梁高可以降低，從而可以減小橋梁規模；還可以減少大噸位支座的使用等，有效的降低工程造價；施工過程中不需要體系轉換，便利施工。但連續剛構橋一般要求橋墩高度較高，對于橋墩低矮的情況則不適用。實際建設過程中，可能一聯橋梁中部分橋墩墩高較高，其余橋墩墩高較矮的情況，連續剛構-連續梁組合體系橋梁[1][2]就會比較合適。連續剛構-連續梁組合體系橋梁，一般采用節段懸臂拼裝或懸臂現場澆筑施工，由于單聯長度較長，合攏段個數較多。橋梁合攏[3][4]次序對結構內力、預拱度、施工工期及設備投入等影響較大。

1 結構概況

濟南至祁門高速公速公路茨淮新河特大橋全長1343.5 m，按雙向六車道高速公路標準設計，設計速度120 km/h，全線于2016年底通車。

項目位于平原區，主橋連續跨越兩岸大堤(堤頂道路)及河道。主橋正交錯孔布置，跨徑組成為(45+80+4×85+80+45)m=590 m，上部結構為預應力混凝土剛構-連續梁組合體系現澆箱梁。主梁采用單箱單室斷面，箱梁中支點處高度4.8 m(截面中線處)，懸臂端部處高度2.2 m，橋面橫坡由箱梁腹板變高度形成。箱梁頂板寬度為13.125 m，底板寬度為7.125 m，兩側懸臂均為3.0 m。連續主墩采用圓端形實體墩接承臺、群樁基礎，墩身順橋向厚2.5 m。剛構主墩為雙肢薄壁墩接承臺、群樁基礎，肢厚1.0 m，肢中距為3.0 m。為方便兩岸居民溝通，箱梁內側腹板懸掛人行通道，大堤內側通過梯道上下。橋型總體布置見圖1。

2 合攏次序

多跨剛構-連續梁組合體系橋梁在懸臂施工過程中，先形成靜定的T構，然后一個或多個T構合攏，形成超靜定結構，直到全橋合攏。主要有以下兩種合攏次序:

(1)從橋梁一側到另一側，逐步合攏

先逐跨合攏，形成連續體系，最后體系轉換。由于固定墩的存在，不能實現由連續體系(設置臨時支座)，再體系轉換成剛構。故該合攏次序不適用于組合體系。

(2)一個或多個相鄰T構同步合攏形成“小剛構體系”，然后再按一定的次序合攏形成“大剛構體系”。“小剛構體系”所包含的T構個數越多，所需的合攏設備也越多，投入會增大，但可以節約工期。考慮結構受力的合理性，一般情況下多對稱施工。“小剛構體系”之間可以兩兩合攏，也可以多個同步合攏[5][6][7]，還可以多跨一次性合攏。合攏次序還需考慮施工組織的可行性，設計時需結合實際情況合理確定合攏次序。

3 有限元計算

茨淮新河特大橋為8跨剛構-連續梁組合體系結構，其中中間三個橋墩為剛構墩，其余橋墩為連續墩，跨徑對稱布置。為比較分析不同合攏次序對橋梁變形、結構內力及應力等的影響，在荷載作用及邊界條件一致的情況下，主要分析比較合攏次序1至次序3。次序1(實施方案):邊跨合攏→次邊跨合攏→三個剛構墩合攏→次中跨合攏；次序2:邊跨合攏→次邊跨合攏→次中跨、中跨合攏；次序3:中跨、次中跨、次邊跨合攏→邊跨合攏。

3.1 計算模型

采用有限元分析軟件橋梁博士V3.6，建立平面桿系模型分析不同合攏次序對橋梁結構受力的影響。荷載作用均按設計資料取用，三種合攏方案僅合攏次序上有差別。為了考慮剛構墩的剛度對結構受力的影響，計算模型中將剛構墩按照實際截面輸入。施工過程中各連續墩臨時固接，待全橋合攏后，進行體系轉換。主梁采用C50混凝土，主墩采用C40混凝土。主梁、橋墩均為梁單元。全橋共分為247個單元，251個節點。計算模型及支撐體系示意圖如圖2、圖3。

圖1 茨淮新河特大橋主橋總體布置(單位：cm)

圖2 計算模型

圖3 計算模型支撐體系示意

3.2 計算與分析

圖4-圖6分別給出了三種合攏次序全橋合攏及二期恒載施加結束后，一半橋長的主梁豎向位移分布圖。三種合攏次序下，主梁向上位移的極值點出現在次邊跨的(1/4～1/2)L范圍、向下位移的極值點出現在次中跨的跨中位置。通過位移曲線的分析，可以知道，不同的合攏次序，對位移極值點的影響較小，但位移極值存在一定的差異。施工中應結合不同的合攏次序，設置預拱度，以保證成橋線型與設計一致。

圖7-圖9分別給出了三種合攏次序在運營狀態下，一半橋長的主梁正應力包絡圖。三種合攏次序下，主梁正應力的變化較小。可見成橋主應力與最終成橋結構體系有關，與具體合攏次序的關聯不大。

圖4 次序1成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖5 次序2成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖6 次序3成橋階段主梁豎向位移圖(單位：m)

圖7 次序1運營階段主梁正應力包絡圖(單位：MPa)

圖8 次序2運營階段主梁正應力包絡圖(單位：MPa)

圖9 次序3運營階段主梁正應力包絡圖(單位：MPa)

表1和表2分別給出了三種合攏次序關鍵階段墩頂剪力和水平位移，剛構中墩由于在三種合攏次序下均為對稱施工，故墩頂的水平力較小，施工中可不予以設置水平推力。剛構邊墩存在不均衡的情況，施工中應結合實際情況確定水平推力，以調整成橋線型。

表1 剛構墩墩頂截面剪力(單位：kN)

表2 剛構墩墩頂截面水平位移(單位：mm)

4 結語

(1)結合計算分析結論，可以看出:①成橋階段主梁的豎向位移的極值點位置與合攏次序關聯不大，但極值存在較大差異，也就是說成橋線型與合攏次序存在較大相關性。施工過程中應結合具體的合攏次序，確定預拱度，以保證成橋線型與設計要求匹配；②運營階段的主梁正應力分布及極值與合攏次關聯較小，具體極值差別約在1 MPa范圍內；③不同合攏次序固定墩墩頂的水平位移存在差異，水平推力設置時應充分考慮各墩的差異性。

(2)施工過程中如因施工組織(工期)、設備投入等因素需要調整合攏次序時，原則是可行的。但需要結合分析驗算結論，確保結構受力合理。

(3)茨淮新河特大橋主橋合攏施工中較細致的考慮了各種荷載工況及現場設備情況，經過精心準備，嚴格按照既定的合攏順序順利實施了合攏。合攏誤差控制在2 cm以內。建議對稱合攏。邊跨合攏后連續跨合攏，剛構墩合攏，最后全橋合攏。