勁性骨架對連續剛構橋施工合龍段的影響分析

1 前言

預應力混凝土連續剛構橋數跨相連，主梁與橋墩不設支座，因此具有T型剛構與連續梁橋的優點。懸臂施工方法與T型剛構橋相同，但在跨中澆筑合龍段，張拉正彎矩預應力束，使之連成整體。適應于大跨徑、高橋墩的情況。

連續剛構橋梁的竣工合龍標志橋梁的主體結構施工即將結束，同時也是大橋施工的關鍵環節。合龍段是起著連結作用的關鍵部位，施工過程直接關系到合龍時橋梁結構安全與質量、成橋后結構內力與變形、橋面鋪裝厚度以及成橋后橋面高程。在懸臂施工過程中，有兩個問題需要解決：一是合龍段新澆筑的混凝土在硬化過程中產生收縮，同時合龍口兩端懸臂梁將隨著溫度下降也會產生收縮，容易造成懸臂梁端頭和合龍段分離；二是當溫度變化時，懸臂梁伸長或縮短，合龍段參與體系承受拉、壓作用，新澆筑的合龍段混凝土在短時間內未具備足夠的強度，過早受力則破壞混凝土內部膠結構造，使其強度受到影響。為解決上述兩個問題，設計上一般在滿足“T”構最后一節懸澆梁段施工操作空間的前提下，盡可能將合龍段長度設計短一些，以減少合龍段的收縮量，除加強合龍段混凝土施工質量和工藝外，更為重要的是在施工中對連續箱梁合龍采取一定技術措施，一般采用強制合龍方式，即對合龍段采用勁性骨架進行約束鎖定。

2 勁性骨架的作用及比較

2.1 勁性骨架的作用

勁性骨架的作用是在合龍段混凝土養護期間幫助或者替代混凝土承受橋梁結構在此處可能產生的拉力、壓力、彎矩、剪力和扭矩，以保證合龍段混凝土在凝結硬化過程中盡可能排除外界因素的干擾；同時在合龍束張拉過程中，勁性骨架會增大合龍段的剛度和強度，有利于確保合龍段質量和增加橋梁的整體性。

1）確保合龍段現澆混凝土的養護質量

勁性骨架的主要作用就是使合龍段現澆混凝土在養護期間盡量不受力或少受力，以確保其養護質量。合龍段混凝土在養護期間強度很低，其抵抗外力和變形的能力都很弱。如果合龍段混凝土在達到規定強度前承受過大的外力或變形，就會松散或開裂，從而嚴重影響其應有的質量和力學性能。勁性骨架就是代替混凝土承受合龍段混凝土養護期間的受力和變形。

2）增強兩個懸臂端連接的安全可靠性

勁性骨架為大型型鋼構成，牢固連接著兩個懸臂段，由于鋼材的彈性模量較大，因此其抗拉壓剛度較大。并且某些勁性骨架設有強大的剪力撐，由此形成的空間鋼桁架具有較大的抵抗彎矩、剪力、扭矩的強度和剛度。這樣在勁性骨架作用下，兩個懸臂通過合龍段就能更好的形成整體，確保連接過程中兩懸臂端不致產生明顯的變形差異。

2.2 內、外置勁性骨架比較

體內式骨架的優點是勁性骨架埋在混凝土中，不易受到腐蝕，不影響橋梁的外觀。但在施工時有幾個不利因素。

1）施工操作空間受限。

由于體內式勁性骨架多埋置在箱梁的四個倒角附近，因此倒角部位的鋼筋放置很不方便；而且由于骨架及剪力撐的影響，箱梁現澆混凝土不易震搗密實；骨架在腹板倒角處，焊接操作空間狹小，工作困難且不易保證質量。

2）內置骨架無法拆除，造成部分預應力被鋼骨架吸收。

3）一旦預埋鋼構件與型鋼骨架偏心連接，受壓可能彎曲，引起混凝土表面開裂。

4）各組鎖定鋼構件之間受梁體影響，剪力撐設置難度較大。

與體內式相反，體外式的優點在于：

1）施工干擾小。

無論是勁性骨架的預埋、普通鋼筋的放置、骨架的焊接、混凝土的震搗，都明顯優于體內式。

2）預應力鋼束可以充分預壓合龍段混凝土。

3）體外鋼支撐拆除后可重復利用，節約鋼材。

4）便于安置剪力撐。

3 勁性骨架的型式對結構的影響分析

3.1 概述

內、外置勁性骨架在合龍施工時的采用對結構的影響區別在于成橋后內置骨架保留在結構內，而外置骨架在合龍后拆除。內置骨架保留在梁體內將會導致截面參數的變化，截面參數的變化將導致合龍段附近梁體的剛度變化，因懸臂施工橋梁多為超靜定結構，梁段剛度的變化將會導致內力的重新分布。因此，采用不同骨架類型會導致結構不同的受力狀態。

采用平面桿系橋梁分析專用程序對大橋施工過程進行計算分析，考慮內置勁性骨架（合龍后保留）和外置勁性骨架（合龍后拆除）兩種合龍方式。

3.2 參數影響對比

3.2.1 內、外置勁性骨架對截面及結構內力影響

內置勁性骨架合龍后仍留在箱梁混凝土內，應用平面桿系程序對合龍段進行分析時，需考慮骨架對截面剛度及面積產生的影響。

采用土木綜合分析程序Midas/Civil中的SPC模塊對內置勁性骨架進行截面分析，由于內置勁性骨架為鋼箱混凝土結構，結合計算機的處理能力，擬應用兩次截面等效來求得勁性骨架對截面參數的影響。

骨架在換算截面后，將等效鋼截面輸入箱梁截面，考慮鋼材和混凝土的材料差異進行截面換算。以混凝土為基準材料，對截面進行分析并與普通混凝土箱梁截面進行對比。

根據計算，采用內置勁性骨架合龍施工較采用外置勁性骨架施工，大橋合龍后跨中箱梁截面面積調整系數及沿橋縱向慣性矩調整系均有所增加。內置勁性骨架較無骨架箱梁對截面面積及抗彎慣性矩有較大提高。

采用內置勁性骨架或外置勁性骨架合龍對橋梁整體結構的軸力及剪力結果影響很小，對彎矩有明顯影響。彎矩的差異在跨中斷面處最大；隨著計算截面遠離跨中，影響逐漸減小。可以認為，大橋內置勁性骨架對結構內力的影響區域為跨中范圍內。

3.2.2 內、外置勁性骨架對結構長期內力的影響

橋梁在服役期內，隨著時間的變化，混凝土收縮、徐變以及預應力損失導致的結構內力變化使結構受力狀態變化。而采用內置勁性骨架進行合龍施工的橋梁，由于鋼骨架在合龍后留在腹板內，使結構的受力復雜化。橋梁在合龍后，內置勁性骨架箱梁對結構的內力影響，以時間為軸，計算結構在永久作用下1～5年的內力變化趨勢，并與普通箱梁（外置勁性骨架合龍施工）進行對比分析。

采用內置勁性骨架或外置勁性骨架合龍對橋梁剪力影響結果微小，可以忽略；隨著橋梁服役時間的增加，結構軸力不斷減小，彎矩逐漸增加，表明混凝土收縮、徐變時變行為影響顯著，預應力損失逐漸增加，結構受力狀態不斷惡化，但內力變化逐漸放緩至穩定狀態。

十年服役期內，截面彎矩及剪力變化不大，軸力不斷減小；經橫向比較，內外置勁性骨架對該截面內力的影響一直較小，表明該橋內置勁性骨架對結構內力的影響區域沒有發生變化，跨中范圍內仍為有效影響區域。

4 結語

1）本文選擇了一座合龍方式“由內轉外”的橋梁作為本文依托工程。

2）利用MIDAS/Civil 6.71軟件中的SPC模塊分析了內置勁性骨架對箱梁截面參數的影響；利用平面桿系橋梁專用程序分析了內置勁性骨架對結構內力的影響區域。

3）以時間為軸，計算了結構自合龍至服役十年時永久作用下的內力變化情況，通過對采用兩種合龍方式施工橋梁的內力狀態進行比較，得出了采用內置勁性骨架施工的橋梁合龍段在內力狀態上優于采用外置勁性骨架施工的橋梁的結論。

參考文獻

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