多跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁合龍順序分析

何 劍

(中鐵八局集團有限公司, 四川成都 610000)

連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段的施工是懸臂施工法中一個產(chǎn)生結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的工藝，在整個施工過程中占有重要地位，對成橋后能否滿足設(shè)計要求起著關(guān)鍵作用。但是不同的合龍順序，決定著不同的體系轉(zhuǎn)換順序，在混凝土收縮徐變和溫度等作用下會引起較大的內(nèi)力差別，對連續(xù)剛構(gòu)橋梁，尤其是多跨大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有較大影響[1-3]。因此施工時，為了兼顧施工工期、施工成本以及成橋后結(jié)構(gòu)的受力和線形需要確定一種科學合理經(jīng)濟的合龍段施工順序。近些年一些學者對連續(xù)剛構(gòu)橋的合龍進行了一些有益的研究，取得了一定成果[4-6]，但尚不完善。本文結(jié)合一座7跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的工程實例，開展合龍順序的研究。

1 工程概況

本文依托某黃河特大橋而開展研究。大橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部。全橋起點樁號為K0+947.800，終點樁號為K2+830.080，跨徑組合為(6×50m)+(76.8m+5×140m+76.8m)+(4×50m)×2+(4×40m)×2。橋梁全長1 882.28m，其中主橋長854m，西引橋300m，東引橋長720m。橋梁全寬27.75m，分為上、下行分離的兩幅橋，其中興和至準格爾方向為12.50m(左幅)，準格爾至興和方向14.25m(右幅)，兩幅間距為1m(圖1)。

圖1 全橋結(jié)構(gòu)布置(單位：m)

2 橋梁合龍施工方案

多跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的合龍施工是整個過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合龍方案的選擇會對合龍過程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力和監(jiān)控的預(yù)拋高產(chǎn)生顯著的影響[7]。

根據(jù)我國多年來的工程實踐與理論分析可以知道多跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁(尤其是大于3跨時)施工合龍的步驟一般為：采用掛籃對稱懸臂施工形成T構(gòu)；連接T構(gòu)可形成π構(gòu)；分段連接成橋。

黃河某特大橋的主跨跨徑布置為(76.8m+5×140m+76.8m)，按照縱橋向可以依次劃分為A(邊跨)、B(次邊跨)、C(次中跨)、D(中跨)。

根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)研究[8]，結(jié)合本橋?qū)嶋H情況初步擬定了4種合龍方案：

(1)從兩岸向中跨順序合龍：先掛籃懸臂澆筑成T構(gòu)，再從兩岸開始連接相鄰T構(gòu)，最后連接成橋，即按“A→B→C→D”的合龍順序進行施工。

(2)從跨中向兩邊順序施工，順序合龍：先使用掛籃懸臂施工成T構(gòu)，再從中跨開始依次連接相鄰T構(gòu)，最后連接成橋，即按“D→C→B→A”的合龍順序進行施工。

(3)先靜定小合龍成π構(gòu)形式，再進行超靜定大合龍，即按“A→C→B→D”的合龍順序進行施工。

(4)大小合龍綜合利用，即按“C→A→B→D”的合龍順序進行施工。

3 合龍順序?qū)χ髁簯?yīng)力的影響

利用梁單元進行建模，將全橋分不同合龍順序的4種不同工況分別進行計算，由于全橋節(jié)點單元較多，本文將具有代表意義的節(jié)點和截面，如每跨的固結(jié)處截面及對應(yīng)節(jié)點、跨中截面及對應(yīng)節(jié)點、1/4跨處截面及對應(yīng)節(jié)點、1/8跨處截面及對應(yīng)節(jié)點、截面形狀發(fā)生突變處的截面及對應(yīng)節(jié)點以及有顯著力學特征的截面及對應(yīng)節(jié)點。查看其上、下緣處的應(yīng)力值。將相關(guān)數(shù)據(jù)匯總整理，得出其性質(zhì)，討論其發(fā)展趨勢。也可以從圖形中直觀、明晰地看出不同施工合龍順序?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響(圖2)。

圖2 主梁應(yīng)力

經(jīng)過數(shù)值模擬計算，找出各個不同合龍順序下7跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁各個截面的最大應(yīng)力值，列表1和表2進行比較。

表1 主梁最大上緣應(yīng)力 單位：MPa

表2 主梁最大下緣應(yīng)力值 單位：MPa

小結(jié)：

(1)綜合表1、表2分析可知，不同的合龍順序情況下，此7跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁主梁段的應(yīng)力分布趨勢一致的，應(yīng)力值(拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負)基本一致，且在都是全截面受壓。

(2)對于箱梁的上緣應(yīng)力為方案2最大，方案3最小。對于箱梁的下緣應(yīng)力為方案2的變化幅度最大，其余2個方案基本一致，均在合理范圍之內(nèi)。

4 合龍順序?qū)χ髁撼蓸蚓€形的影響

利用梁單元進行建模，將全橋合龍順序的4種不同工況分別進行計算，由于全橋節(jié)點單元較多，本文將具有代表意義的節(jié)點和截面，如每跨的固結(jié)處截面及對應(yīng)節(jié)點、跨中截面及對應(yīng)節(jié)點、1/4跨處截面及對應(yīng)節(jié)點、1/8跨處截面及對應(yīng)節(jié)點、截面形狀發(fā)生突變處的截面及對應(yīng)節(jié)點以及有顯著力學特征的截面及對應(yīng)節(jié)點。查看位移值,將相關(guān)數(shù)據(jù)匯總整理，得出其性質(zhì)，討論其發(fā)展趨勢(圖3)。

圖3 主梁位移

找出各個不同合龍順序下7跨連續(xù)剛構(gòu)橋架各個截面的經(jīng)過數(shù)值模擬計算最大撓度值，見表3。

表3 主梁最大撓度值 單位：mm

小結(jié)：

(1)成橋的合龍順序?qū)蛄旱睦鄯e線形撓度有較大影響。

(2)方案2的豎向撓度與其他幾種方案引起的豎向撓度有明顯的區(qū)別。方案3和方案4的豎向撓度值最小。且豎向撓度的離散幅度最大的區(qū)域在中跨部分梁段，這跟先合龍跨中有一定聯(lián)系。說明中跨跨中的合龍順序?qū)Τ蓸虻木€形的影響很大，影響了成橋狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)線形是否一致。

5 結(jié)論

根據(jù)本文建立的有限元模型及對其進行不同工況進行分析，考慮不同的合龍順序?qū)Τ蓸驊?yīng)力、線形進行探討，可得出結(jié)論：

(1)多跨高墩連續(xù)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的合龍順序?qū)蛄旱木€形影響顯著，進而影響施工過程的立模標高。

(2)方案2導致的線形差異與其他幾種方案相差很大，因此應(yīng)慎重考慮中間跨的合龍順序。

綜合以上分析可知，對于高墩多跨連續(xù)大跨度橋梁，合理的合龍施工順序?qū)蛄旱木€形影響很大，直接決定了成橋狀態(tài)是否與設(shè)計狀態(tài)相符和橋梁運營后的安全舒適。因此針對該橋，綜合應(yīng)力、線形的分析，合理的合龍順序應(yīng)為方案3(先邊跨、次中跨合龍形成π構(gòu)，再進行次邊跨合龍，最后合龍跨中成橋)。