施工方法對(duì)京滬高鐵連續(xù)梁結(jié)構(gòu)性能影響分析

【摘要】探討施工方法的改變對(duì)京滬高鐵連續(xù)梁結(jié)構(gòu)性能的影響。以京滬高鐵（60+100+60）m連續(xù)梁的施工方法由懸臂澆筑改為支架現(xiàn)澆為背景，建立兩種施工方法的有限元模型，進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，研究不同施工方法對(duì)施工過(guò)程中梁體應(yīng)力和撓度、收縮徐變變形以及活荷載效應(yīng)的影響。分析結(jié)果表明：施工方法的改變對(duì)橋梁受力影響較小，但對(duì)其變形影響較大。在支架施工連續(xù)梁設(shè)計(jì)特別是預(yù)拱度的設(shè)置中應(yīng)充分考慮各項(xiàng)因素，保證橋梁線形。

【關(guān)鍵詞】京滬高鐵；連續(xù)梁；施工方法；有限元分析

由于工期的制約，京滬高鐵沿線多座橋梁施工方法都臨時(shí)由懸臂澆筑改為支架現(xiàn)澆，施工方法的改變對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能具有重要影響，為探討其對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高、截面高度大、活荷載較大的京滬高鐵橋梁結(jié)構(gòu)的影響，本文以京滬高鐵（正線）徐滬段跨滬寧鐵路（60+100+60）m連續(xù)梁為背景，結(jié)合有限元分析手段，對(duì)比研究懸臂澆筑和支架現(xiàn)澆兩種施工方法對(duì)連續(xù)梁多方面結(jié)構(gòu)性能的影響，為工程應(yīng)用和施工控制提供理論依據(jù)。

1、工程概況

京滬高鐵（正線）徐滬段跨滬寧鐵路橋梁為（60+100+60）m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，為雙線無(wú)砟軌道高速鐵路，設(shè)計(jì)速度為350km/h[1]。

連續(xù)梁采用單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，全橋箱梁頂寬12m.，底部寬6.7m，頂板厚度40cm，腹板厚度分別為60至80、80至100cm，按折線變化，底板厚度40～120cm，按直線性變化，中支點(diǎn)截面中心梁高7.85m，跨中10m直線段及邊跨15.75m直線段截面中心梁高為4.85m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.75m。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)設(shè)5個(gè)橫隔板。全橋輪廓圖見(jiàn)圖1。

梁體混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C50，縱橫向預(yù)應(yīng)力筋均采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003預(yù)應(yīng)力鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用直徑為25mm高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋。

初始施工方案為：全橋分為59個(gè)梁段，其中各中墩0號(hào)梁段長(zhǎng)14m，合攏梁段長(zhǎng)2m，邊孔邊直段長(zhǎng)9.75m，其余梁段長(zhǎng)分別為2.5m、3m、3.25m、3.5m、4m。除0號(hào)梁段、15號(hào)邊直段在支架上施工外，其余梁段均采用掛籃懸臂澆筑。后改為搭設(shè)支架現(xiàn)澆法施工，全橋共分為9個(gè)節(jié)段，其中，兩側(cè)邊跨節(jié)段長(zhǎng)43m，中間兩支墩0號(hào)塊節(jié)段長(zhǎng)29.5m，中跨跨中節(jié)段長(zhǎng)64.5m，中間兩支墩0號(hào)塊節(jié)段與中跨跨中節(jié)段合攏段長(zhǎng)3m，邊跨節(jié)段與中間兩支墩0號(hào)塊節(jié)段合攏段長(zhǎng)3m，現(xiàn)澆順序?yàn)閺目缰邢蜻吙鐚?duì)稱現(xiàn)澆。

2、結(jié)構(gòu)性能影響分析

根據(jù)不同施工方法，建立本橋空間桿系有限元模型，分別建立了懸臂澆筑施工的模型（模型1）以及支架現(xiàn)澆施工的模型（模型2）。

2.1 施工過(guò)程分析

根據(jù)設(shè)計(jì)施工步驟對(duì)模型1和模型2進(jìn)行施工階段分析，獲得連續(xù)梁在整個(gè)施工過(guò)程中的受力及變形情況（見(jiàn)圖2），并進(jìn)行對(duì)比分析。

對(duì)于連續(xù)梁各截面上緣最大壓應(yīng)力，模型1和模型2分布大致相同，模型1最大壓應(yīng)力值為12.48MPa，模型2最大壓應(yīng)力值為13.57MPa，兩者相差較小，且均出現(xiàn)在中間支墩靠跨中側(cè)；對(duì)于連續(xù)梁各截面下緣最大拉應(yīng)力，模型1和模型2分布明顯不同，模型1較模型2的應(yīng)力分布更均勻，模型1最大拉應(yīng)力值為1.06MPa，模型2最大拉應(yīng)力值為1.16MPa，兩者接近，且出現(xiàn)位置和最大壓應(yīng)力對(duì)應(yīng)；對(duì)于連續(xù)梁各截面最大撓度，模型1與模型2截然不同，模型1最大撓度為5.86mm，在邊跨跨中附近及中跨合攏段左側(cè)和右側(cè)都會(huì)出現(xiàn)，而模型2最大撓度為53.14mm，出現(xiàn)在中跨跨中，兩者相差較大。

分析認(rèn)為，施工方法由懸臂澆筑改為支架現(xiàn)澆對(duì)連續(xù)梁的受力情況影響不明顯，但對(duì)連續(xù)梁的撓度有較大影響，支架施工對(duì)預(yù)拱度的設(shè)置要求應(yīng)更為嚴(yán)格。

2.2 活荷載效應(yīng)分析

對(duì)模型1和模型2進(jìn)行ZK活荷載效應(yīng)分析，獲得連續(xù)梁各截面在ZK活荷載作用下的最大撓度圖（見(jiàn)圖3）。

從圖中可以看出，模型1和模型2在ZK活荷載作用下各截面最大撓度曲線趨勢(shì)一致，但模型1最大撓度為10.94mm，模型2最大撓度為31.01mm，兩者相差較大。

ZK活荷載作用對(duì)支架施工橋梁更為敏感，對(duì)于類似京滬高鐵連續(xù)梁橋，將承受速度快、頻次高的活荷載，為保證長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的橋梁線形，在預(yù)拱度設(shè)置中應(yīng)更充分考慮活荷載的影響，文獻(xiàn)[2]將預(yù)拱度設(shè)置中活荷載作用部分系數(shù)取為0.7。

2.3 收縮徐變效應(yīng)分析

模型1和模型2在經(jīng)過(guò)3年、5年及35年的收縮徐變變形分析結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，模型1和模型2收縮徐變變形曲線趨勢(shì)差別較大，模型1整體均呈上拱趨勢(shì)，模型2則是邊跨上拱、中跨下?lián)希夷Ｐ?對(duì)收縮徐變更為敏感，收縮徐變變形絕對(duì)值較模型1大的多。

支架施工由于采用大節(jié)段整體澆筑，造成收縮徐變變形對(duì)模型2的影響更大，這同樣是支架施工預(yù)拱度設(shè)置時(shí)需考慮的重要因素。

3、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)懸臂澆筑和支架現(xiàn)澆兩種施工方法的連續(xù)梁有限元模型的分析，探討了施工方法由懸臂澆筑改為支架現(xiàn)澆對(duì)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)性能的影響，得出了以下結(jié)論：

3.1 施工方法的改變對(duì)連續(xù)梁的受力影響不大，但對(duì)施工階段的梁體撓度、ZK活荷載作用下的梁體撓度、收縮徐變變形有較大影響，即對(duì)橋梁剛度影響較大；

3.2 在支架施工的連續(xù)梁設(shè)計(jì)中應(yīng)注重剛度設(shè)計(jì)以及預(yù)拱度的合理設(shè)置，應(yīng)充分考慮活荷載及收縮徐變的影響；

3.3 支架施工較懸臂澆筑施工雖然減少了工期，但是同時(shí)也帶來(lái)了連續(xù)梁變形增大，且大節(jié)段整體澆筑造成線形調(diào)整較難。因此，只能在設(shè)計(jì)階段特別是在預(yù)拱度的設(shè)置中充分考慮各項(xiàng)因素，保證橋梁線形滿足長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.新建時(shí)速300～350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上﹑下）. 中國(guó)鐵道出版社， 2007.

[2]朱張峰， 郭正興.京滬高鐵連續(xù)梁橋支架施工預(yù)拱度研究[J].施工技術(shù)， 2010， 39（12）.

Zhu Zhangfeng， Guo Zhengxing. Research on pre-camber for continuous beam bridges of Beijing-Shanghai high-speed railway with scaffolding construction[J].Construction Technology， 2010， 39（12）.