大跨連續梁橋施工過程受力分析對比研究

郝 俊

(南寧縱橫時代建設投資有限公司，廣西 南寧 530000)

1 概述

掛籃懸澆法是大跨度預應力混凝土連續梁橋最重要的施工方法之一，這種施工方法不需要搭設支架，利用已成梁段作為支撐，通過掛籃推進。對于大跨度結構，尤其是墩高比較高的情況下，是最優的施工方法。支架法也是連續梁橋施工的一種主要施工方法，但這種方法一般僅僅適用于較小跨度的橋梁。

在橋梁的建設過程中，由于懸澆施工節段長度的限制，某些大跨度預應力混凝土連續梁采用掛籃的施工方法不能滿足業主對工期的要求。但由于大跨度橋梁橋長較長，若采用傳統的滿堂支架顯然是非常不經濟的。因此可以采用分節段支架現澆的施工方式，用移動的支架替代傳統的掛籃施工方法，以達到加快施工進度，節約工期的目的。

本文以某大跨度預應力混凝土連續梁橋為實例，重點對采用分節段支架現澆施工與掛籃懸臂澆筑施工兩種施工方法的橋梁結構進行受力分析研究。

2 橋梁基本結構

主橋孔跨布置為：(75+120+75)m，全長270 m。橋梁孔跨布置見圖1。

箱梁采用分幅式單箱雙室箱型截面，為三向預應力結構。箱頂板寬19 m，腹板為斜腹板，腹板傾角15°，底板寬9.286 m～11.805 m，兩翼板懸臂長3.0 m，箱梁頂板設置成2%單向橫坡，箱梁底板水平設置。箱梁跨中及邊跨現澆段梁高2.80 m，箱梁根部斷面和墩頂0號梁段高為7.5 m。橋梁橫斷面尺寸見圖2。

3 施工節段劃分及施工流程

3.1 掛籃懸臂澆筑施工

采用掛籃懸臂澆筑法施工時，懸臂劃分為15段，其中包含7個3 m節段，8個4 m節段。另外0號段長度為12 m，邊跨現澆段長度為13.9 m，邊跨及中跨的合龍段長度均為2 m。這種施工方式下，主梁節段劃分如圖3所示。

采用掛籃懸臂澆筑的施工方式時，具體的施工工序如下：

1)主橋墩完成后，在墩頂設置臨時托架，現澆主梁0號段。主墩與主梁臨時固接，采用臨時墊塊承受壓力與普通鋼筋錨固承受拉力；

2)進行掛籃拼裝，同步對稱施工15個懸臂澆筑節段；

3)在滿堂支架上完成邊跨現澆段的施工；

4)掛籃改為吊架，完成邊跨合龍段及中跨合龍段施工；

5)解除墩梁臨時固結，形成最終的連續梁體系。

3.2 分節段支架現澆施工

采用分節段支架現澆法施工時，移動支架施工節段劃分為8段，其中包含3個6 m節段，5個7 m節段。另外0號段長度為12 m，邊跨現澆段長度為15.9 m，取消邊跨現澆段設置，僅保留中跨的2 m合龍段。這種施工方式下，主梁節段劃分如圖4所示。

該方法施工流程基本與掛籃懸澆方法一致，支架替代了掛籃的作用。即在施工當前節段時，支架搭設于本節段下方，待本節段施工完成后，拆除節段下方支架。同時，為了加快施工速度，在本節段結構施工過程中，同步開始搭設下一個節段下方支架。

4 受力分析對比研究

施工過程的結構計算分析采用大型有限元分析軟件橋梁博士。建立平面桿系模型，結構上下部均采用梁單元。分別模擬采用掛籃懸澆及分節段支架現澆兩種施工方法，提取計算結果后，根據橋梁設計相關規范要求進行荷載組合，著重對比在兩種施工方法下的變形和內力差異。

4.1 主梁位移對比

各梁段在施工結束時，其位移計算值可由下式計算：

各個節點在其施工階段的最大懸臂狀態位移見圖5。

由圖5可知采用不同的施工方式，施工過程中節段懸臂遠端呈現出不同的位移變化規律。當采用掛籃懸澆的施工方法時，節段累積位移隨著懸臂長度的增加而同步增大，節段最大累積下撓值為26 mm。而當采用節段支架施工方法時，由于節段前端支架的支撐，對豎向位移的累積起到了限制作用，因此節段累積位移并未呈現出隨懸臂長度的增加而同步增大的趨勢，在該種施工方式下，節段最大累積下撓值為1.2 mm，僅相當于掛籃懸臂澆筑法的4.5%。

4.2 主梁應力對比

當采用掛籃懸澆施工和節段支架施工兩種施工方案，均處于最大懸臂狀態時，主梁緣及下緣的應力計算結果對比如圖6，圖7所示。

從圖6，圖7可以看出，節段支架現澆梁截面上緣壓應力比掛籃懸臂澆筑截面壓應力大1 MPa～2 MPa，而下緣壓應力比掛籃懸澆方式的截面壓應力小2 MPa～3 MPa(對于墩梁截面的應力突然急劇減小，是由于在0號節段位置梁截面頂底板及腹板增大的原因所致)。從以上規律可以看出，在預應力鋼束的配置上，采用節段支架現澆施工方法的大跨連續梁，應注意預應力鋼束的分布與懸澆施工方式有所不同，應加強底板鋼束的配置，對于頂板鋼束可適當減少，以優化截面壓應力儲備。

4.3 墩頂梁截面負彎矩對比

當連續梁橋采用掛籃懸臂澆筑施工方法時，在未合龍前，梁體均呈現T形剛構的受力形態，各節段在懸臂的推進過程中，墩頂對應的梁截面均產生負彎矩，且不斷累積。當采用節段支架施工方法時，由于支架的作用，結構的支撐體系發生了較大變化，在懸臂遠端提供了有效支撐，因此墩頂位置對應的梁截面負彎矩會相應的減小。根據結構分析結果，提取各節段施工時引起的墩頂梁截面負彎矩進行對比分析，如圖8所示。

由墩頂對應位置梁截面彎矩的對比圖可以看出，當采用掛籃懸澆施工方法時，墩頂對應位置梁截面的負彎矩呈現出隨著梁體懸臂長度增加而增大的規律，最大值達到了-95 200 kN·m。而采用節段支架施工法，墩頂對應位置梁截面負彎矩隨懸臂長度的增加呈現出先增大后減小的規律。當懸臂長度達到20 m左右時彎矩達到最大值，之后隨主梁長度的增加，負彎矩反而呈現減小的規律。從整個施工過程來看，采用節段支架現澆法時，墩頂對應梁體截面的最大負彎矩僅為掛籃懸臂澆筑方法的40%。由此可以看出，采用節段支架施工法可大大減小墩頂梁截面的負彎矩值。

4.4 小結

通過以上計算結果分析，可得出以下結論：

1)節段支架的施工方式所引起的節段累積位移并未呈現出隨懸臂長度的增加而同步增大的趨勢，節段最大累積下撓值為1.2 mm，僅相當于掛籃懸臂澆筑法的4.5%。

2)當采用節段支架現澆法施工時，梁體截面上緣壓應力較掛籃懸臂澆筑截面壓應力大，而下緣壓應力略小于掛籃懸澆截面。

3)兩種施工方法各節段引起的墩頂對應位置處梁截面負彎矩變化規律差異較大，節段支架施工法對應的墩頂梁截面負彎矩明顯小于懸澆施工法。

5 結語

掛籃懸臂澆筑法及支架現澆法均為連續梁常用的施工方法。分節段支架現澆法與掛籃懸澆法相比，具有結構位移小，內力小的特點。雖然工程造價相對較高，但在節約工期上有明顯的優勢，因此在某些特定條件下，可作為懸澆施工法的替代。