官渡河特大橋合龍頂推力設計研究★

何 利 康 玲 李 勝

(1.四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041； 2.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041； 3.四川交通職業技術學院，四川 成都 611130)

1 概述

連續剛構在成橋后屬于多次超靜定結構，混凝土收縮徐變和溫度變化所引起的結構縱向位移將在墩底產生較大的次彎矩，此外，施工中的體系轉換等也會使墩底產生較大的附加彎矩，且橋墩剛度越大、主梁跨度越大，次彎矩和附加彎矩越大[1-3]。為減小結構超靜定引起的彎矩，一般采用頂推工藝[4,5]，即通過對合龍段梁端施加水平預頂力使橋墩反向預偏，以消除附加彎矩及部分成橋次內力，合龍頂推力的大小需要通過計算確定。

2 工程背景

江津(渝黔界)經習水至古藺(黔川界)高速公路官渡河特大橋主橋采用(100+190+100)m預應力混凝土連續剛構橋，上部結構采用預應力混凝土箱梁，單箱單室截面三向預應力體系。主墩采用變截面空心墩，墩高123 m，縱橋向寬10 m，橫橋向由墩頂6.7 m向下按80∶1的坡比變化。墩身上端與箱梁0號節段固結，下端與承臺固結，結構形式如圖1所示。本橋采用懸臂澆筑法施工，先在托架上澆筑0號梁段，再采用掛籃懸臂澆筑懸臂梁段，而后依次進行邊跨、中跨合龍。

3 合龍頂推力研究

3.1 計算工況

本橋的橋墩較高，抗推剛度較低，由結構超靜定引起的次內力減小，因此本橋頂推力的設計計算分別采用以下兩種工況進行對比分析[6]：

工況Ⅰ：中跨合龍前在合龍口向外施加1 500 kN頂推力；

工況Ⅱ：不施加頂推力。

3.2 作用效應對比

結構分析采用MIDAS CIVIL有限元計算軟件。按《公路橋涵設計通用規范》進行短期和長期效應組合。考慮均勻溫度和梯度溫度同時作用為結構最不利狀態，效應組合定為恒載+收縮徐變+降溫+汽車(降溫組合)和恒載+收縮徐變+升溫+汽車(升溫組合)。

3.2.1工況Ⅰ、工況Ⅱ墩身內力的對比

成橋狀態，工況Ⅰ、工況Ⅱ橋墩控制截面在不同荷載作用時短期、長期效應組合下的彎矩分別見表1，表2，橋墩在長期效應組合時墩底彎矩包絡見圖2，圖3。

表1 工況Ⅰ成橋狀態下墩身控制截面彎矩

表2 工況Ⅱ成橋狀態下墩身控制截面彎矩

由表1,表2可知：

1)將合龍溫度控制在合理范圍，成橋后均勻升溫和降溫絕對值基本一致，均勻溫度產生的墩底彎矩大小幾乎相等方向相反。

2)恒載作用下橋墩的效應最大，頂推力的施加，只影響恒載作用引起的附加內力，對其他作用次內力并無影響。

3)不施加頂推力，墩底彎矩由190 251 kN·m減少到59 347 kN·m，墩底彎矩絕對值的差值比施加頂推力時更小。

由圖2，圖3可知：

1)成橋階段墩底靠近跨中一側受拉，作用組合彎矩方向與頂推作用彎矩方向一致，頂推1 500 kN合龍不利于橋墩受力。

2)取消頂推力后橋墩整體彎矩比頂推合龍時小，且墩底正負彎矩大小基本一致，截面可采用對稱配筋，有效提高截面利用率，不施加頂推力合龍更為合理。

3.2.2工況Ⅰ、工況Ⅱ墩身變形的對比成橋狀態，工況Ⅰ、工況Ⅱ墩身控制截面變形在不同荷載作用時短期、長期效應組合的響應分別如表3，表4所示。

表3 工況Ⅰ成橋狀態下墩身控制截面位移

表4 工況Ⅱ成橋狀態下墩身控制截面位移

由表3，表4可知：墩頂位移的規律與墩底彎矩類似，不施加頂推力時墩頂位移絕對值的差值比施加頂推力時更小。

4 結語

通過上述分析，對于官渡河特大橋，按正常懸臂澆筑采用不頂推合龍，橋墩整體彎矩比頂推合龍時小，且墩底正負彎矩大小基本一致，截面可采用對稱配筋，有效提高截面利用率，不施加頂推力合龍更為合理。對于類似的三跨連續剛構，如果墩高較高，橋墩抗推剛度低，不頂推合龍后結構也能到達合理的成橋狀態時，也可采用中跨不頂推合龍方案。