不同施工方案連續梁橋受力分析

張軍 徐林

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430056)

1 概述

預應力混凝土變截面連續梁橋是目前使用較多的一種橋型，對跨徑較大的變截面連續梁，一般采用掛籃懸臂澆筑法施工，而對于跨徑不大的變截面連續梁，可根據實際情況采用掛籃懸澆法施工、滿堂支架現澆法施工和分節段支架現澆法施工。由于文獻［2］已對變截面連續梁掛籃懸澆法和滿堂支架現澆法進行過比較分析，因此本文只對滿堂支架現澆法和分節段支架現澆法進行比較分析。

2 工程概況

某橋為(40+60+40)m預應力混凝土變截面連續箱梁橋，雙向六車道，設計汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，箱梁采用直腹板的單箱六室結構變截面箱梁，箱梁頂板寬度為28.6 m，箱體寬度為23.6 m，懸臂2.5 m。兩端及中跨跨中梁高1.8 m，箱梁根部梁高3.5 m，其余主梁梁高變化采用二次拋物線。跨中箱梁底板厚度22 cm，靠近根部箱梁底板厚度52 cm，底板厚度變化也采用二次拋物線漸變;根部箱梁橫梁處底板厚度局部加厚到80 cm，其間按直線變化。箱梁腹板厚度采用50 cm～70 cm。箱梁采用C50混凝土。箱梁橫向設2%的雙向坡，橫坡通過箱梁頂板調整，箱梁底板保持水平。全橋縱向按全預應力混凝土構件設計。橋型布置圖見圖1，標準橫斷面圖見圖2。

該橋原設計采用滿堂支架現澆施工方案(方案一)，由于受施工條件限制，腹板縱向預應力鋼束只能采用單端張拉，考慮到全橋長140 m，單端張拉預應力損失較大，后來改為分節段支架現澆施工方案(方案二)，方案二節段劃分如圖3所示，該方案腹板鋼束均采用單端張拉，相鄰節段腹板鋼束采用連接器進行連接。

3 受力分析

采用Midas Civil有限元計算軟件建立全橋模型，對兩種施工方案進行模擬，全橋模型共有72個單元，73個節點，模型見圖4。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 標準橫斷面圖（單位：cm）

圖3 方案二節段劃分圖（單位：cm）

圖4 全橋模型

兩種施工方案箱梁結構尺寸和邊界條件完全一樣，因此兩方案成橋后受力體系是一樣的，活載作用效應也是一樣的，為了更好地了解兩種不同施工方案下橋梁的受力狀態，可先對兩種施工方案僅在箱梁自重作用下的內力進行比較(見表1，表2)。同時，在實際工程設計中，對設計起控制作用的通常是幾個關鍵位置(比如墩頂、跨中等)，因此，本文以幾個關鍵位置應力儲備相似為原則進行結構設計，對橋梁運營階段各控制截面的內力進行比較(見表3，表4)。

表1 自重作用下關鍵截面內力

表2 自重作用下支座反力 kN

從表1可以看出，自重作用下，方案一與方案二各截面內力和支座反力均存在較大差異，主要原因是方案一自重是一次均勻施加于結構上，方案二自重是分節段施加于結構上，最終導致自重的分配存在差異，同時，從表1可以看出，自重作用下采用整體現澆施工的方案一內力是以跨中對稱的，而方案二則沒有對稱關系，兩邊跨及墩頂內力差別較大，由于自重引起的結構內力占運營階段結構內力的比重較大，因此導致運營階段方案一鋼束布置以跨中對稱布置，而方案二各截面鋼束布置則有所差異。

4 主要材料用量對比

兩方案跨徑和結構尺寸一樣，因此混凝土用量和普通鋼筋用量也是一樣的，主要材料差別就是縱向預應力鋼束的差別，方案一縱向預應力鋼束用量為163 397.9 kg，方案二縱向預應力鋼束用量為156 612.1 kg，兩方案鋼束用量相差不大，方案一比方案二略多，但方案二縱向腹板鋼束在兩節段之間需采用連接器連接，施工稍顯麻煩。

5 結語

經過對(40+60+40)m預應力混凝土變截面連續箱梁橋兩種不同施工方案進行計算分析，得出以下結論:

1)方案一與方案二都是施工較為可行的方案，材料用量差別也不大，如果施工現場有條件對縱向鋼束進行兩段張拉施工，則采用方案一施工更為合理，工期也更短。

表3 運營階段關鍵截面內力

表4 運營階段支座反力 kN

2)兩方案雖然都是支架現澆施工，但結構內力和支座反力還是存在一定差異，因此鋼束布置和支座選擇也會有所不同，若要改變施工方案，需經過全面分析計算之后才能進行施工。

［1］范立礎.預應力混凝土連續梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1988.

［2］王東陽.預應力混凝土變截面連續箱梁橋不同施工方案影響分析［J］.華東公路，2013(2)：259-260.

［3］騰炳杰.掛籃懸澆與大節段支架現澆方案對比分析［J］.鐵道工程學報，2012(6)：33-35.

［4］袁 帥.分段現澆大跨度預應力混凝土連續梁的探討［J］.中國水運，2009(5)：101-102.

［5］董文德.支架法分段現澆大跨度變截面連續箱梁施工技術［J］.現代交通技術，2006(3)：87-88.