大跨度連續剛構橋合攏段頂推施工控制研究

徐詠梅 劉和平

(河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州 450052)

1 工程概況

廣明高速某特大橋位于廣明高速公路西樵至更樓段，橫跨西江主干流。全橋全長3.094km，寬33.5m，雙向六車道，設計時速100km/h，主橋采用(112+200+200+112)m預應力混凝土連續剛構橋。

箱梁為三向預應力混凝土結構，全幅橋采用分離式單箱單室截面。箱頂板寬度為16.38m，底板寬8米，箱懸臂長4.19米，頂板最小厚度為28cm，底板厚跨中30cm、根部120cm，腹板厚50～80cm。箱梁中線處跨中及邊跨現澆梁段高為4.2米，墩頂0號梁段高為11.6米，箱梁高度和底板厚度從合攏段中心到懸臂根部按1.6次拋物線變化。

2 合龍頂推

2.1 頂推的作用

合龍段是懸臂澆筑施工連續剛構橋梁的關鍵部位，其施工也是連續剛構橋梁施工的關鍵工序，懸臂澆筑施工預應力連續剛構橋其中最重要的環節合龍。由于連續剛構橋是超靜定結構，晝夜溫差的影響、新澆筑混凝土的早期收縮、徐變均要在結構中產生變形，從而對結構產生次內力。對于橋墩較矮的連續剛構橋，或一聯中主墩剛度相差較大，或者是在非設計溫度下合龍，均會引起墩身發生位移造成偏位，產生次應力。為了調整墩身的受力狀態，使其滿足使用階段橋梁因砼收縮、徐變、降溫等荷載對墩頂內力的要求，通常做法是在勁性骨架鎖定前，對懸臂梁段施加一個向外側的頂推力，調整墩身的受力，以此來抵消合龍溫差、后期混凝土收縮、徐變效應的影響。

2.2 頂推的控制

頂推有兩種控制方法：頂推力和頂推量控制。從理論上來講，兩種控制方法是一致的，頂推力與頂推量是一一對應關系。由于結構設計理想狀態與實際狀態的差別以及邊跨支座摩阻力等要素的影響，使頂推力和頂推量兩種方法的控制不能完全對應，存在一定量值的偏差。

針對合龍溫度引起的不利影響時，宜以頂推量控制，但針對改善橋墩內力以及混凝土收縮、徐變角度考慮，宜以頂推力控制。

本文建立模型，以頂推力控制，分析全橋的受力和變形，以期指導施工。

3 荷載處理及計算模型

3.1 根據相關資料，荷載取值如下

(1)掛藍荷載。集中力900KN彎矩2700KN·M。

(2)濕重。根據設計圖紙去各個節段的自重和彎矩(為自重×節段重心到節段內側距離)。

(3)合攏段施工相關荷載取值如下：①P1為邊跨合攏段吊架自重的一半，P1=110KN;②P2為合攏段兩端施加的平衡重，大小為合攏段重量的一半，即P2=350KN;③P3為中跨合攏段吊架自重的一半，P3=175KN。

各力的作用點位置如圖1。

圖1 合攏吊架及配重示意圖

(4)勁性骨架溫度：在合攏段砼澆注后分別對勁性骨架施加溫度荷載，勁性骨架整體升溫20℃，整體降溫15℃。

(5)頂推力作用效果加在主跨24#塊25#截面形心處3000KN。

(6)考慮到預應力張拉次序改變，邊跨合攏后先張拉邊跨部分底板束，待到中跨合攏后在張拉邊跨剩余底板束以及邊跨頂板束。

3.2 計算模型

結構按平面桿系理論，采用橋梁綜合程序midas civil進行計算。用平面梁單元將結構離散，根據橋梁的實際施工過程和施工方案劃分施工階段，建立了左幅和右幅整體有限元模型，下部結構依據地質勘察資料考慮樁土彈簧作用。

4 計算成果

4.1 中跨頂推前后主梁位移變化

豎向位移：54#墩靠近主跨箱梁頂推后橋面往上抬高，最大處在25R截面，為2.1cm;54#墩靠近邊跨處頂推后橋面位移向下，最大處在17L截面處，為-0.7cm;55#墩(中間主墩)頂推后箱梁全部往上抬升，但豎向位移很小，最大值在25#截面，為0.26cm。

水平位移：54#墩箱梁頂推后橋面全部向小里程方向偏移，最大處在25R截面，為2.04cm;55#墩(中間主墩)頂推后箱梁水平位移很小，最大值在25M截面，為0.06cm。

由此可見不同的合龍順序對主梁的豎向位移和水平位移有一定的影響。

4.2 中跨頂推前后主墩位移變化

頂推后54#墩頂將向三水(高明)側水平偏移1.8cm，墩底水平偏移0.6cm;55#基本無水平偏移。

由此可見不同的合龍順序對主墩位移有一定的影響。

4.3 中跨頂推前后樁位移、應力變化

54#墩樁基礎頂推后向小里程側水平偏移0.5cm;55#墩樁基礎頂推后無水平偏移;56#墩樁基礎頂推后向大里程側水平最大偏移為0.6cm.

頂推后56#墩樁基礎的最大壓應力為6.68MPa。

由此可見不同的合龍順序對樁位移和應力有一定的影響。

5 結語

本文以廣明高速某特大橋為工程背景，利用有限元分析軟件建立了全橋模型，對頂推過程中全橋的內力和變形進行了分析，根據上述計算成果指導現場施工，達到了預期的效果，說明運用本文的計算模型和計算方法對連續剛構橋頂推施工過程經行的仿真計算是可行的，完全滿足施工控制的需要。

［1］黃宏輝.大跨度斜連續梁橋頂推施工仿真計算程序設計與關鍵技術研究［D］.長沙：長沙理工大學，2005

［2］Hewson Nigel，Hodgkinson Andrew.Incremental launch of Bride Glen Bridge，Ireland［J］.Concrete(London)，2004，38(7)：29-31