連續剛構橋梁一次性合龍關鍵技術研究

苑 輝，杜孟翔

(昆明理工大學建筑工程學院，云南 昆明 650500)

0 引言

連續剛構橋大多采用掛籃懸澆分段逐步施工，此過程要經歷一個長期復雜的施工階段，傳統的合龍順序是先邊跨后中跨，經歷多次體系轉換，合龍的順序會影響結構中的最終恒載內力，施工順序不同，初始恒載內力不同，因此選擇正確的合龍順序至關重要。

趙靜提出根據不同溫度、不同配重及頂推力，研究連續剛構橋合龍方案；林新元等基于三跨連續剛構橋一次性合龍的研究，對逐跨合龍及一次性合龍內力、撓度及成橋后影響進行分析，證明一次性合龍的可行性；李凱樂等基于多跨連續剛構橋合龍優化分析，提出對連續剛構橋因橋梁實際條件的差異性，合龍方案應根據實際情況而定。

本文以某在建高速公路4跨跨徑(80+150+150+80)m連續剛構橋為研究對象，采用MIDAS Civil有限元分析軟件對該連續剛構橋按逐跨合龍和一次性合龍分別建立模型進行分析，對比在不同合龍順序下主梁線形、主梁應力及橋墩受力影響。

1 工程概況

1.1 橋梁設計參數

某大橋主橋上部結構為(80+150+150+80)m的4跨預應力混凝土連續剛構橋，主梁為單箱單室箱形截面，箱梁根部高9m，跨中部梁高3.5m，箱梁高度由距墩中心6.0m處到合龍段處按1.8次拋物線變化(見圖1)。箱梁頂板寬12.125m、底板寬6.5m，翼緣板懸臂長2.812 5m，箱梁除0號塊及現澆段外，其余梁段均采用懸臂澆筑法施工。橋墩為雙肢薄壁空心墩，橫橋向寬6.5m，順橋向寬3.5m，設計荷載為公路-Ⅰ級。

圖1 主橋總體布置(單位：cm)

1.2 合龍方案介紹

合龍方案Ⅰ為邊中跨同時一次性合龍；合龍方案Ⅱ為逐跨合龍，先邊跨后中跨逐跨合龍。

2 不同合龍方案受力分析

2.1 有限元模型建立

本橋設計采用方案Ⅱ合龍順序施工，但由于工期緊，現場采用方案Ⅰ合龍施工可大大縮短工期，且使得主梁的受力情況更均勻，懸臂施工時更易控制撓度，體系轉換次數減少，可使內力變化更趨穩定。采用橋梁分析軟件MIDAS Civil依據設計圖紙分別對2種合龍順序進行建模分析；根據結構計算模型、邊界條件等必須與實際結構相一致，本文將該大橋劃分為773個結點、735個梁單元。結構有限元計算模型如圖2所示。

圖2 主橋有限元分析模型

2.2 成橋狀態主梁內力影響

本文對該橋在2種不同合龍順序下的主梁應力進行了比較分析，不同合龍順序下主梁截面的上、下緣應力計算結果如圖3及表1所示，其中符號規定：拉應力為正，壓應力為負。

由圖3和表1可看出，成橋階段時，該橋的主梁上緣在先邊跨后中跨合龍順序時的最大壓應力為-12.7MPa，在同時合龍順序時的最大壓應力為-12.9MPa，前者比后者小0.2MPa；主梁下緣在先邊跨后中跨合龍順序時的最大應力為-10.2MPa，在同時合龍順序時的最大壓應力為-10.2MPa。由上述分析可知，在成橋階段時，不同的合龍順序對主梁應力影響較小，最大差值為0.29MPa且最大差值百分比<5%。

表1 成橋階段主梁應力對比 MPa

圖3 成橋階段主梁上、下緣應力(單位：MPa)

3 不同合龍方案對主梁線形分析

對該橋在2種不同合龍順序下的主梁線形進行比較分析，不同合龍施工順序下成橋階段主梁線形計算結果如圖4表2所示，其中符號規定：位移以豎直向上為正，豎直向下為負。

圖4 成橋階段主梁豎向位移

表2 成橋階段主梁豎向位移對比 mm

由圖4和表2可看出，成橋階段時，該橋在先邊跨后中跨合龍時的最大豎向位移為-57.25mm，在同時合龍時的最大豎向位移為-56.21mm，發生在右邊跨3/4附近。前者比后者大1.04mm；左邊跨跨中、左中跨跨中、右中跨跨中和右邊跨跨中的豎向位移在2種合龍方案下相差分別為1.01，10.84，10.75，0.77mm。由以上圖表及分析可知，在成橋階段，不同的合龍順序對主梁的線形有一定影響，且對主梁邊跨影響較小，對主梁中跨跨中影響較大，最大相差10.84mm。

4 施加頂推力對橋墩受力影響

采用橋梁結構專業分析軟件MIDAS Civil分別對該橋邊、中跨同時合龍及先邊跨后中跨合龍建立全橋模型，經計算得邊、中跨同時合龍采用900kN的合理合龍頂推力，先邊跨后中跨合龍采用1 000kN的合理合龍頂推力，通過計算分析得到2種不同合龍順序下對主梁應力和線形及橋墩受力的影響。對該橋在2種不同合龍順序下的橋墩受力進行了比較分析，不同合龍施工順序下成橋階段墩頂水平位移、彎矩及應力計算結果如表3～6所示。

由表3～6可看出：

表3 成橋階段墩頂水平位移值比較

表4 成橋階段橋墩彎矩值比較

表5 成橋階段墩頂應力值比較

表6 成橋階段墩底應力值比較

1)成橋階段的墩頂水平位移先邊跨后中跨合龍比同時合龍普遍較小，相差14.79%～84.78%；墩頂彎矩先邊跨后中跨合龍小于同時合龍，相差9.52%～55.44%，最大差值為872.2kN·m，墩底彎矩在先邊跨后中跨合龍和同時合龍2種不同合龍順序下相差17.58%～28.30%，最大差值為1 244.48kN·m。由以上得出，采用先邊跨后中跨合龍與同時合龍2種不同合龍方式對墩頂水平位移和彎矩產生的變化都較大。

2)由成橋階段橋墩應力計算結果可知，2種不同合龍順序對橋墩墩頂和墩底的應力值影響較小，差值均在4%以內；各墩最大應力值均位于墩底，先邊跨后中跨合龍時最大壓應力為7.84MPa，同時合龍時最大壓應力為7.79MPa，均位于9號墩左墩底，且均滿足規范要求。

5 結語

1)通過分析在成橋狀態下的主梁上、下緣應力可知，邊中跨同時合龍和先邊跨后中跨合龍2種合龍順序對主梁應力的影響較小，差值均在5%以內，且多跨一次合龍方案較逐跨合龍方案的主梁應力均勻。

2)通過分析在成橋狀態下的主梁線形可知，對于不同合龍方案，主梁的豎向位移有所不同，且一次合龍方案相對于逐跨合龍方案的位移較小，在懸臂施工中更有利于對施工預拱度的設置，更好地對主梁線形進行監控。

3)通過分析在成橋工況下的橋墩受力可知，邊、中跨同時合龍和先邊跨后中跨合龍2種合龍順序對橋墩墩頂水平位移和彎矩的影響較大，橋墩墩頂彎矩最大相差55.44%，最大差值872.2kN·m，墩底彎矩最大相差28.30%，最大差值為1 244.48kN·m；2種不同合龍順序對橋墩應力影響較小，差值均在4%以內，且應力滿足規范要求。

綜上所述，一次性合龍有以下優點：主梁受力更均勻；懸臂施工T構預拱度更易控制；不會提高施工設備的要求，縮短工期、加快施工進度，間接降低施工成本；體系轉換次數也減少。