先簡支后連續(xù)梁橋施工順序對結構的內力影響

馬烽城，季源淵

(浙江浦江龍峰公路工程有限公司，浙江 浦江 322200)

1 工程案例

某工程為高速公路第五合同段，路線總長5.925 km。雙向四車道高速公路，橋面凈寬為2×11.75 m，主線路基寬度26 m。大橋建成后可以加快完善市區(qū)的交通網絡，優(yōu)化市內投資環(huán)境，對于市區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展來說至關重要。西連接線設計時速為120 km，路基寬度為28 m，梁橋的上部為預制小箱梁結構，上跨公路的一連小箱梁布局為40+40+35 m的結構，為非對稱式跨度結構，預制得的箱梁梁高為2 m，梁與梁之間的間距設置為3.32 m；下部橋墩結構為柱式結構，并采用樁基礎加固，配合肋臺板作為橋臺。6#與9#橋墩配備阻尼橡膠活動支座，增加連續(xù)端的抗震效果，7#與8#橋墩配備阻尼橡膠固定支座，增加梁橋的穩(wěn)定性與抗震性。

2 先簡支后連續(xù)梁橋數值建模與分析

為了確保對橋梁結構應力分析的準確性，采用MIDAS/CiVil軟件進行對對該梁橋結構進行簡化，主梁的兩端對豎向位移進行約束，以空間梁單元為研究對象，按照空間梁格模式對結構進行分析，將全橋劃分180個節(jié)點，315個單元；計算過程不考慮普通鋼筋對結構的影響。材料使用C50混凝土，重力容重為26 KN/m3，材料的彈性模量為3.45×104/MPa,采用的預應力鋼束材料的彈性模量為1.95×105/MPa,，松弛系數為ρ=0.3，松弛率為ξ=0.035；錨具變形回縮量按6 mm進行計算；波紋管也進行摩擦力考慮，設置摩阻系數為μ=0.2，偏差系數k=0.001 5；計算過程中不考慮橋墩對其影響，只將約束加載在主梁上。基于有限元對先簡支后連續(xù)梁橋進行結構簡化，方便分析與計算。根據先簡支后連續(xù)梁橋的施工特點，其支撐方式可分為單支座支撐與雙支座支撐，本文簡化的主要模型為單支撐結構，受力分析時需要進行上下緣的受力分析。

2.1 橋墩鋼筋施工順序受力分析

對三個橋墩的施工順序進行分析，保證濕接縫與整體層結構澆筑后，再進行負彎矩鋼筋的布置。三個負彎矩鋼筋濕接縫的排列順序有，1#～2#～3#，1#～3#～2#，2#～3#～1#，2#～1#～3#，3#～2#～1#，3#～1#～2#，1#/3#同時-2#,2#～1#～3#同時。因此鋼筋約束張拉的順序較多。用有限元軟件進行受力分析，現實中難以進行測量對比的項目，可以通過軟件進行不同施工順序時的受力影響分析。將受壓應力方向定為正，彎矩及截面下部受到的拉應力方向也設為正值，對上述順序進行受力統計詳見表1。

表1 不同施工順序下跨中應力值

其中對各跨跨中截面受到的壓應力進行分析，可以得出在不同施工工序下，相同位置截面的受力分析幾乎相同，得到最終應力的差值相差很少，與平均值相比變化幅度都控制在5%之內，最小值出現在3#～1#～2#施工順序中。對各支點所在的截面應力值進行分析得表2數據。

通過表2數據分析，可以發(fā)現在不同工序下支點處截面受到應力變化較大，數值變化幅度與平均值相比基本控制在30%以內，其中最小應力出現在工序3#～1#～2#中，但其中1#鋼筋應力測量點受到的拉應力相對的較大。對上述各施工順序進行跨中應力與支點應力進行分析，可以發(fā)現在不同的施工順序下，橋梁整體的受力受到一定的影響，對比支點處與跨中截面處的受力變化，可以發(fā)現不同施工順序對支點處的影響遠大于跨中截面的受力變化。支點受力變化幅度基本在5%～30%之間，其中變化最小的為3#～1#～2#，因此該施工順序由于其他流程的施工受力，這種施工順序為隔跨施工。

表2 不同施工順序下支點截面應力值

2.2 支座拆除順序施工受力分析

先簡支后連續(xù)梁橋的施工中臨時支座的拆除作為關鍵工序，需要進行分析，結合國內具體案例的研究發(fā)現，目前在支座的拆除上比較隨意，也沒有比較統一的共識。因此在上述橋梁簡化結構的基礎上進行支座拆除順序的模擬，力圖尋找最佳的支座拆除流程，降低先簡支后連續(xù)梁橋施工中的應力影響。在上述分析的基礎上對臨時支座的拆除順序進行分析，即保證濕接縫與整體轉化層澆筑完成，并且負彎矩鋼筋得到固定處理后，進行各處臨制作拆除順序的討論。通過總結可發(fā)現拆除順序分為1#～2#～3#，1#～3#～2#，3#～1#～2#，3#～2#～1#，2#～3#～1#，2#～1#～3#，1#/3#同時-2#與1#～2#同時/3#，拆除作業(yè)施工順序分類較多。湛江海灣大橋公路改建工程實例來看3#～1#～2#拆除順序比較常用，分析原因主要受到施工工期的影響。對各組拆除順序進行比較，尋找影響內力最小的拆除組合，通過對跨中界面應力與橋墩支點應力的總結對比可知，如表3所示。

表3 不同拆除順序下支點截面應力統計值

跨中截面受力受拆除順序影響較小，最大差值與均值的變化幅度全部在5%以內，其中截面應力最小值出現在2#～1#～3#拆除順序中，但優(yōu)勢不明顯說明該拆除順序不一定最優(yōu)。對各支座拆除作業(yè)中支點的受力進行分析，可以發(fā)現支點應力最小值同樣出現在2#～1#～3#支座的拆除順序中，但是支點應力與平均盈利相比變化幅度沒有多大差異，因此結合跨中受力與支點受力來看，該支座的拆除順序對應力的影響較小。要保證施工工期滿足要求，或是降低施工工期最好應以3#～1#～2#臨時支座的拆除順序來施工。

表4 不同拆除順序下跨中截面應力統計值

通過以上研究數據，在實驗簡化模型的基礎上對先簡支后連續(xù)梁橋施工技術的施工順序進行分析，可以發(fā)現負彎矩處鋼筋施工流程與臨時支座的拆除流程都會影響橋梁的受力，不同施工順序下會引起橋梁跨中截面受力與支座處支點受力的差異。對實驗結果進行得出，可以發(fā)現無論是梁橋橋墩處負彎矩鋼筋施工還是臨時支座的拆除施工中，隔跨施工都會降低橋梁的內部受力，優(yōu)化先簡支后連續(xù)梁橋的施工過程。要降低施工工期時，還可以采用提前跨隔拆除后續(xù)臨時支座的方式，優(yōu)化工期縮短帶來的經濟效益。所以也間接說明了先簡支后連續(xù)梁橋的施工順序會影響內部受力，通過不斷地研究深化，可以完善現有的施工工藝，優(yōu)化施工流程，降低內部受力帶來的異常影響。

3 結 論

(1)控制負彎矩處鋼筋約束施工順序時，跨中截面與支點受力的最小值出現在3#～1#～2#的施工順序中，該施工順序較其他順序有一定的優(yōu)勢。

(2)在臨時支座的拆除作業(yè)過程中，拆除作業(yè)的施工順序在一定程序上影響結構應力；改變施工順序，2#～1#～3#拆除流程得到的改善效果不明顯；如果施工工期要求較為嚴格或施工單位要求縮短工期時，上述拆除流程沒有優(yōu)勢，因為影響時間的主要工序為1#橋墩的臨時支座，如果采用3#～1#～2#的拆除流程則可以很好的縮短施工工期。

(3)先簡支后連續(xù)梁橋的施工技術，橋梁整體受力受鋼筋張拉順序與臨時支座拆除順序影響，因此，先簡支后連續(xù)梁橋的施工中要降低結構受力的影響程度，應采取隔跨負彎矩受力約束與隔跨臨時支座拆除的施工順序，才能保證橋梁整體結構受力最小。