同聯(lián)多跨轉(zhuǎn)體橋合龍豎向誤差調(diào)整方式對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響分析

羅帥 李凱 陳燈強(qiáng) 梁昆 馮維寧 張文學(xué)

摘要：針對利用轉(zhuǎn)體技術(shù)進(jìn)行施工的橋梁，轉(zhuǎn)體結(jié)束后合龍口豎向位移誤差可能過大而需要調(diào)整這一現(xiàn)象，文章以重慶市快速路二橫線物流園區(qū)至禮白立交工程為依托，研究了加配重強(qiáng)制合龍法和球鉸姿態(tài)調(diào)整法這兩種調(diào)整合龍口豎向位移誤差方式對主梁受力的影響。研究表明：利用球鉸姿態(tài)調(diào)整法給主梁帶來的附加內(nèi)力較小，而利用加配重強(qiáng)制合龍法使主梁內(nèi)力變化較為明顯。

[作者簡介]羅帥（1989—），男，本科，助理工程師，主要從事橋梁施工技術(shù)與管理工作。

隨著城市交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，我國公路網(wǎng)與鐵路網(wǎng)的里程數(shù)逐年攀升，越來越多的新修建橋梁需要跨越已有的公路與鐵路，如果利用傳統(tǒng)的橋梁施工技術(shù)，在公路與鐵路上方直接修建橋梁會嚴(yán)重影響交通的安全性，此時(shí)橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)便得到了很好的應(yīng)用。但橋梁轉(zhuǎn)體后，合龍口會出現(xiàn)豎向位移誤差[1-2]，即使保證所有懸臂端豎向位移誤差均處于規(guī)定范圍內(nèi)，也會發(fā)生合龍口豎向位移誤差超出規(guī)范要求的情況。為保證合龍口施工的順利進(jìn)行，需要對合龍口豎向位移誤差進(jìn)行調(diào)整[3-4]，常用的2種調(diào)整方式為球鉸姿態(tài)調(diào)整法和加配重強(qiáng)制合龍法[5-6]，但不同的調(diào)整方式對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響不同，如果方法使用不當(dāng)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致主梁的開裂，影響橋梁的使用安全。

本文以重慶市快速路二橫線物流園區(qū)至禮白立交工程為城市快速路為工程背景，建立Midas全橋模型，分別研究加配重強(qiáng)制合龍法和球鉸姿態(tài)調(diào)整法對主梁受力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，球鉸姿態(tài)調(diào)整法對主梁受力的影響明顯小于加配重強(qiáng)制合龍法對主梁受力的影響。

1 工程概況

1.1 工程介紹

重慶市快速路二橫線物流園區(qū)至禮白立交工程為城市快速路，全線采用雙向6車道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h。項(xiàng)目西起物流園區(qū)界，向東與快速路一縱線相交設(shè)置回龍壩立交，經(jīng)物流園區(qū)上跨興隆場編組站，設(shè)置主輔路系統(tǒng)，然后以土主隧道穿中梁山，出洞口后設(shè)跨渭井、蔡東聯(lián)絡(luò)線鐵路主線橋上跨井口鐵路群區(qū)，與渝碚路相交并設(shè)置童家溪立交，穿過同興工業(yè)園，以禮嘉大橋跨嘉陵江后，與金通大道相交止于互通式立交，全線總長11.512 km，全線設(shè)特長隧道1座，跨江大橋1座，互通式立交2座，跨鐵路主線橋1座和井口接線1處。

1.2 梁部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（40+2×75+40） m懸澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

跨渭井、蔡東聯(lián)絡(luò)線鐵路主線橋左橋采用（40+2×75+40） m變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。梁體截面為單箱單室，橋面寬13.0 m，梁高2.5～5.0 m，頂板厚35 cm，底板厚32～80 cm，腹板水平厚40～70 cm，翼緣懸臂長300 cm，端橫隔梁寬150 cm，中橫隔梁寬300 cm。箱梁采用懸臂澆筑，后轉(zhuǎn)體施工。

（40+65+40） m懸澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

跨渭井、蔡東聯(lián)絡(luò)線鐵路主線橋右橋采用（40+65+40） m變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。梁體截面為單箱單室，橋面寬13.0 m，梁高2.3～4.5 m，頂板厚35 cm，底板厚32～80 cm，腹板水平厚40～70 cm，翼緣懸臂長300 cm，端橫隔梁寬150 cm，中橫隔梁寬300 cm。箱梁采用懸臂澆筑，后轉(zhuǎn)體施工。

1.3 球鉸結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)左、右橋分別采用轉(zhuǎn)體總重為4 500 t和4 000 t的球鉸結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心同時(shí)承受并傳遞轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量。本橋球鉸結(jié)構(gòu)包括上球鉸、下球鉸、定位銷軸、型鋼定位骨架和聚四氟滑板等組成。上球鉸位于上轉(zhuǎn)盤底部，為凸面，下球鉸位于下轉(zhuǎn)盤上，為凹面。為防止球鉸在加工、運(yùn)輸過程中變形，同時(shí)加強(qiáng)與上、下盤之間的混凝土連接，球鉸背面設(shè)置環(huán)形及放射形加勁肋。環(huán)形聚四氟滑板安裝在下球鉸表面上，并在聚四氟滑板設(shè)置儲脂坑，以減少上、下球面之間的摩擦系數(shù)。球鉸中心設(shè)置鋼制定位銷軸，定位軸套穿透于上下球鉸。

球面板采用Q345B鋼板，鋼板的化學(xué)成分及機(jī)械性能應(yīng)符合GB 1591-2018《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的有關(guān)規(guī)定;加強(qiáng)肋板采用Q235B鋼板，鋼板的化學(xué)成分及機(jī)械性能應(yīng)符合GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的有關(guān)規(guī)定;銷軸采用45#鍛鋼，材料的化學(xué)成份及機(jī)械性能應(yīng)符合GB/T17107-1997《鍛件用結(jié)構(gòu)鋼牌號和力學(xué)性能》的有關(guān)規(guī)定。聚四氟滑板容許壓應(yīng)力不小于100 MPa，滑動摩擦系數(shù)不大于0.08。

1.4 轉(zhuǎn)盤及撐腳

1.4.1 上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤支承橋墩及梁體，轉(zhuǎn)體時(shí)上轉(zhuǎn)盤單點(diǎn)支撐在轉(zhuǎn)動球鉸上，采用C50混凝土。上轉(zhuǎn)盤施工時(shí)應(yīng)預(yù)埋上球鉸、撐腳及牽引索錨固端，鉸盤鋼筋布置應(yīng)避開上套筒，上轉(zhuǎn)盤縱橫向鋼筋應(yīng)在撐腳處打斷，撐腳預(yù)埋時(shí)應(yīng)保持豎直。

1.4.2 下轉(zhuǎn)盤

下轉(zhuǎn)盤為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，位于承臺頂面內(nèi)，采用C50混凝土分層澆筑而成，灌注時(shí)應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)以控制溫度變形及裂縫。下轉(zhuǎn)盤施工時(shí)預(yù)埋下球鉸安裝骨架，保證安裝精度，鋼筋布置要避開球鉸骨架及下套筒，同時(shí)為下球鉸安裝預(yù)留槽口。下球鉸安裝完成后，轉(zhuǎn)盤剩余空間澆筑C50微膨脹混凝土，同時(shí)為滑道預(yù)留槽口。

1.4.3 撐腳、滑道及臨時(shí)支撐

撐腳采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，Q345B鋼管厚度16 mm，外徑58 cm，內(nèi)填C50微膨脹混凝土。鋼管下設(shè)3 cm厚鋼走板，走板底面加工精度為3級。下承臺施工時(shí)精確定位并預(yù)埋滑道骨架，環(huán)形鋼板通過螺栓與骨架連接并精調(diào)高度。保持撐腳走板與滑道間的縫隙為5 mm。

1.5 橋梁轉(zhuǎn)體前后位置關(guān)系

橋梁轉(zhuǎn)體前后位置見圖1。

2 不同調(diào)整方式對主梁受力的影響

2.1 球鉸姿態(tài)調(diào)整法對主梁受力的影響

建立Midas全橋模型，如圖2所示。將每個(gè)T構(gòu)梁分成25個(gè)單元，取最左側(cè)進(jìn)行分析，該T構(gòu)兩懸臂端的跨度均為37.5 m，現(xiàn)探究當(dāng)T構(gòu)跨中懸臂端高于鄰跨懸臂端h10=10 mm，h20=20 mm，h30=30 mm時(shí)采用球鉸姿態(tài)調(diào)整法，對全橋受力狀態(tài)的影響。

通過計(jì)算可知，當(dāng)高差值分別為10 mm，20 mm，30 mm時(shí)，球鉸所需旋轉(zhuǎn)的角度分別為θt=arctanhtL，t=10，20，30。θ10=0.016°，θ20=0.032°，θ30=0.048°。計(jì)算結(jié)果見表1、圖3。

通過計(jì)算可知：球鉸只需要轉(zhuǎn)動非常小的角度就可以消除較大的梁端誤差，剛體轉(zhuǎn)動對主梁截面附加應(yīng)力的影響也非常小，而本工程中所調(diào)整的角度小于1°，故在用球鉸姿態(tài)調(diào)整時(shí)可不考慮剛體轉(zhuǎn)動對主梁受力的影響。

2.2 加配重強(qiáng)制合龍對主梁受力的影響

本節(jié)探究，不同配重的情況下，對T構(gòu)主梁受力的影響。實(shí)施步驟：采用加配重強(qiáng)制合龍的方法來分別消除T構(gòu)跨中合龍段10 mm，20 mm，30 mm的誤差，分析對主梁內(nèi)力的影響。

如圖4所示，在T構(gòu)的跨中梁端分別施加600 kN，1 200 kN，1 800 kN的力，使其產(chǎn)生10.2 mm、20.5 mm、30.8 mm的強(qiáng)制位移，以模擬壓重對全橋產(chǎn)生的荷載效應(yīng)（圖5、表2）。

通過計(jì)算可知：當(dāng)梁端發(fā)生的強(qiáng)制位移越大時(shí)，主梁的各截面產(chǎn)生的附加應(yīng)力越大，并且跟球鉸調(diào)整相比，應(yīng)力的變化較為明顯。

3 結(jié)論及建議

研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工程中利用球鉸姿態(tài)調(diào)整法給主梁帶來的附加內(nèi)力非常小，本工程中的調(diào)整角度幾乎對主梁的受力沒有影響，而采用加配重強(qiáng)制合龍法，相比較于未調(diào)整前的受力數(shù)據(jù)，發(fā)生了較大的改變，并且配重量越大，產(chǎn)生的附加應(yīng)力就越大。

經(jīng)對比，在本項(xiàng)目中采用球鉸姿態(tài)調(diào)整法優(yōu)于利用加配重強(qiáng)制合龍法。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖光清.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控線形分析[J].公路與汽運(yùn)，2019（6）：103-106.

[2] 洪帆，王遠(yuǎn)輝，姜增國.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋線形誤差調(diào)整方法及其應(yīng)用[J].交通科技，2008（1）：36-39.

[3] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范： JTG/T F50-2011[S].北京：人民交通出版社， 2011.

[4] 魏銀成. PC連續(xù)剛構(gòu)橋施工中豎向壓重強(qiáng)制合龍對成橋后結(jié)構(gòu)的影響分析[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2013.

[5] 李子昂. 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍階段受力特性及合龍偏差極限研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2020.

[6] 鄧增軒. PC連續(xù)剛構(gòu)橋主跨豎向強(qiáng)制合龍對成橋結(jié)構(gòu)的影響分析及頂推優(yōu)化[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2015.