懸臂施工多跨連續梁橋合龍方案優化研究

葉再軍　周紅云　吳學偉

(湖北省交通運輸廳工程質量監督局1)　武漢　430014)　(湖北交投鄂東南建設項目群有限公司2)　武漢　430074)　(湖北省交通運輸廳隨岳高速公路管理處3)　武漢　430052)

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懸臂施工多跨連續梁橋合龍方案優化研究

葉再軍1)周紅云2)吳學偉3)

(湖北省交通運輸廳工程質量監督局1)武漢430014)(湖北交投鄂東南建設項目群有限公司2)武漢430074)(湖北省交通運輸廳隨岳高速公路管理處3)武漢430052)

多跨連續梁橋合龍口多，合龍次數多，體系轉換復雜，合龍方案對多跨連續梁施工控制非常重要.以一座九跨一聯的懸澆連續梁橋為工程背景，分析了不同合龍順序及合龍束張拉時機對多跨連續梁成橋狀態應力和撓度的影響，提出了先合龍奇數跨的合龍順序，并將合龍束進行分次張拉的方案，根據此方案提高了施工效率，有利于施工線形控制，使成橋狀態應力和線形更合理.

懸臂施工；多跨連續梁橋；合龍順序；分次張拉

0　引　　言

懸臂澆筑法是大跨徑預應力混凝土連續梁橋一種常用的施工方式，主要施工過程是先采用掛籃進行懸臂澆筑施工，再將各合龍口進行合龍[1].在合龍施工過程中，合龍束張拉是合龍施工的一個重要工序，合龍束張拉順序直接影響著結構次內力及內力重分布和位移變化情況，對成橋狀態的位移和內力會產生一定影響.其次，多跨連續梁橋合龍次數多，合龍次序直接關系到各墩的施工進度安排，對工期和成本都有極大影響，通過優化合龍順序和合龍束的張拉時機，可以節約工期，也可使結構成橋狀態更合理.目前，對多跨連續梁橋合攏順序研究的文獻較多，文獻[2]以一座13跨一聯的預應力混凝土連續箱梁橋為例，分析比較了3種不同合攏順序對主梁上、下緣應力、豎向位移和支座縱向位移的影響，文獻[3-5]分別對連續剛構橋和連續梁橋先合龍邊跨后合龍中跨與先合龍中跨后合龍邊跨的方案進行了比較分析，通過對變形和內力的分析結果進行對比，提出了較優合龍順序的建議.文中綜合考慮合攏順序和合龍束張拉時機對多跨連續梁成橋狀態應力和撓度的影響，得出了多跨連續梁橋較合理的合龍方案.

1　工程概況

某橋主橋跨徑為50.25 m+7×90 m+50.25 m九跨一聯的預應力混凝土變截面連續箱梁，橋型布置圖見圖1.墩頂處梁高5.5 m，邊跨直線段及主跨跨中處高2.7 m，箱梁橫截面為單箱單室斜腹板雙懸臂截面，腹板斜度為3∶1，箱梁頂面寬19.0 m，底寬8.75～6.92 m，兩側翼板懸臂長4.5 m.主梁為縱、橫、豎三向預應力結構，混凝土標號為C50，橋墩混凝土標號為C40.

圖1　橋型布置圖(單位：cm)

本橋采用懸臂澆注法施工，由于墩頂所設永久支座不能承受施工過程中的不平衡彎矩，在懸臂澆注階段必須將各主墩與主梁臨時固結形成結構穩定的T構，從11#墩～18#墩共8個T構.各T構除墩頂號塊，每邊各分為10個節段，縱向長度為5×3.5 m+5×4 m，墩頂零號塊長13 m，邊、中跨合龍段長2 m.墩頂零號塊搭設支架澆注施工，零號塊混凝土達到強度張拉完預應力后，開始拼裝加工好的掛籃，從1號塊開始采用掛籃懸臂澆注各梁段，直到梁段澆注完成并張拉預應力后，卸除掛籃，再將各合龍口按一定順序合龍和張拉合龍束預應力[6].

2　合龍順序及體系轉換

本橋為九跨一聯的預應力混凝土箱梁橋，原設計是由邊跨向中跨的順序逐跨合龍，即按照邊跨、次邊跨、次中跨、中跨的順序進行，以下稱為合龍方案I.由于本橋跨數較多，按逐跨合龍的方案，要合龍中跨需之前四跨逐步合龍完，如果之前的某個橋墩施工滯后，對全橋的施工進度影響很大，對結構受力也不利，因此，需要對該合龍順序進行調整.調整后的合龍順序為先合龍奇數跨，將單T構靜定小合龍成Π構，在按由邊到中的順序大合龍，以下稱為合龍方案II.具體方案為：(1)邊跨合龍(第1，9跨)；(2)其余奇數跨合龍(第3，5，7跨)；(3)第2，8跨合龍；(4)第4跨合龍；(5)第6跨合龍.采用該方案可多跨同時合龍，互不干擾，合龍影響因素較少，可加快施工進度，提高施工效率.合龍方案III在合龍方案II的基礎上，對奇數跨合龍束張拉順序進行優化.

3　合龍順序影響分析

3.1有限元模型建立

采用有限元分析軟件MIDAS/CIVIL建立有限元模型，將其簡化為平面結構，梁單元劃分按照施工節段進行劃分，由于本橋各橋墩剛度很大，建模時未考慮樁墩的影響，全橋共分個212橋面單元，389種鋼束，施工階段按擬定施工順序進行定義.

3.2成橋狀態應力和撓度分析

按合龍方案I及合龍方案II所確定的施工順序分別進行前進分析，對兩種方案成橋狀態主梁應力和豎向撓度進行比較分析，2種方案成橋狀態各梁段中間處上、下緣應力見圖2～3，各梁段懸臂端豎向撓度見圖4.

圖2　各合龍方案成橋狀態主梁節段上緣應力

圖3　各合龍方案成橋狀態主梁節段下緣應力

圖4　各合龍方案主梁節段豎向撓度

由圖2和圖3應力對比圖可知，2種方案下主梁上、下緣應力變化趨勢基本一致，各跨應力極值位置一致，應力值變化不大，主梁上緣最大應力差為0.47 MPa，下緣最大應力差1.09 MPa.

由圖4主梁豎向撓度對比圖可知，兩種方案下主梁豎向撓度變化曲線相差較大，合龍方案I豎向撓度從由邊跨到第四跨逐漸變大，到第五跨趨于穩定，各主墩邊跨側主梁撓度以向上為主，中跨側撓度以向下為主；合龍方案II豎向撓度在邊跨和次邊跨邊跨側半幅與合龍方案I相差不大，其余各跨沿奇數跨跨中對稱布置.合龍方案I最大豎向撓度為64 mm，最小豎向撓度為-37 mm；合龍方案II最大豎向撓度為135 mm，最小豎向撓度為-70 mm，兩種方案主梁撓度最大相差149 mm.

由以上分析可知，成橋狀態主梁應力受合龍順序影響不顯著，而豎向撓度受合龍順序影響非常明顯，由邊跨向中跨逐跨合龍，從次邊跨開始，均為穩定結構和T構合龍，合龍完成臨時固結拆除后，在底板合龍束的作用下，合龍跨鄰跨懸臂端產生較大的向下位移；各奇數跨T構合龍成Π構，合龍拆除臨時固結后，此時結構為靜定結構，在底板合龍束的作用下，合龍跨會產生較大的向上位移，而鄰跨懸臂端為將產生更大的向下位移，在后續的大合龍中，結構為超靜定結構，撓度變化會相對較小.

在施工控制中，梁體豎向撓度越大，則懸臂施工時各節段的豎向預拱度越大，線形誤差會更大，施工控制難度也更大，而多跨連續梁合龍體系轉換較多，影響因素也較多，為便于施工控制，滿足合龍精度要求和成橋線形需要，一般選取豎向位移較小的合龍方案.

4　合龍束張拉時機優化及分析

從上述分析可知，底板合龍束張拉時機是控制豎向撓度的一個關鍵因素，因此需要對合龍方案II中底板合龍束的張拉時機進行優化，以減少豎向撓度.由于在T構靜定小合龍成Π構過程中，底板合龍束會使結構會產生較大位移，可考慮在此過程中只張拉部分預應力，再全橋合龍后在張拉剩余底板合龍束[7-8].本橋第2～8跨底板合龍束由短束到長束分別為B6-11，設計合龍張拉順序為先頂板后底板，先長束后短束，為保證施工安全和達到優化目的，在第3，5，7跨合龍時，擬先張拉B10，B11底板束，全橋合龍后再張拉B6-9等底板合龍束，此方案為合龍方案III.

由圖2～3可知，合龍方案III對成橋狀態上、下緣應力影響也不大，與前兩種方案應力趨勢一致，應力值相差不也大，上緣與合龍方案II最大相差0.71 MPa，下緣與合龍方案II最大相差2.01 MPa，與前兩種方案相比，合龍方案III各跨應力更均勻，受力更合理.

由圖3可知，方案III與撓度II豎向撓度變化趨勢基本一致，但撓度值較合龍方案II有明顯減小，比方案I也有所減小，合龍方案III撓度基本均向下，最大豎向撓度為41 mm，比方案II減小了94 mm， 比原設計方案I減小了23 mm.按合龍方案III所確定的施工順序對橋梁進行結構分析，各施工工況和成橋階段結構和撓度均滿足規范要求，說明合龍方案III可行.

5　結　　論

文中以一座九跨一聯的懸澆連續梁橋為工程背景，分析了合龍順序及合龍束張拉時機對多跨連續梁的影響分析，分析結果表明：

1) 與常規逐跨合龍順序相比，隔跨合龍順序可同時進行多跨合龍，受其他墩施工進度影響較小，合龍方式更靈活，兩種合龍順序連續梁成橋狀態應力值相差不大，豎向撓度相差較大.

2) 采用隔跨合龍順序，通過對部分合龍束根據施工階段分2次張拉，可明顯減小主梁豎向撓度，也使成橋狀態主梁各跨應力更均勻.

3) 對于多跨連續梁橋，較合理的合龍方式先合龍奇數跨，合龍束時先張拉部分合龍束，在進行大合龍，全橋合龍后張拉未張拉的合龍束，這樣主梁豎向撓度較小，更利于施工線形控制，應力也滿足規范要求.

[1]范立礎.預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]孫全勝，李大杰.超長聯大跨連續梁橋合龍順序分析[J].世界橋梁,2012(5)：45-48.

[3]陳列，徐公望.高墩大跨預應力混凝土橋橋式方案及合龍順序選擇[J].橋梁建設,2005(1)：33-35.

[4]戴公連，王偉民，劉柯.基于變形的鐵路混凝土連續梁合龍方案比較[J].橋梁建設,2014(4)：96-101.

[5]楊陽，曹興龍，崔建龍,等.不同合龍方式對連續梁橋成橋狀態的影響[J].鐵道建筑,2014(5)：19-21.

[6]葉再軍.多跨長聯預應力混凝土連續梁橋施工控制研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[7]賈劍山.懸臂施工連續梁橋合龍設計優化及影響分析[J].鐵道標準設計,2015(8)：97-101.

[8]周鑫，張雪松，向中富.懸臂施工連續梁橋合龍方案的討論[J].公路交通技術，2006(4)：96-98.

Study on the Optimization of Closure Scheme of Cantilever Construction Multi-Span Continuous Beam Bridge

YE Zaijun1)ZHOU Hongyun2)WU Xuewei3)

(HubeiTransportationDepartmentEngineeringQualitySupervisionBureau,Wuhan430014,China)1)(HubeiCommunicationinvestmentSoutheastConstructionProjectGroupCo.,LTD,Wuhan430074,China)2)(HubeiSuiyueExpresswayManagementOffice,Wuhan430052,China)3)

The multi continuous beam bridge has several closures and complex system conversions. Thus, the closure scheme is important to construction control of the multi continuous beam bridge. This paper analyses the influence of different closure orders and tension time of closure stress to the stress and deflection of the multi continuous beam bridge, and also proposes the closure order of closing the odd spans first and tensing the closure stress by several times. The method improves work efficiency, is conducive to the construction linear control, and makes the stress and line of the bridge more reasonable.

cantilever construction; multi-span continuous beam bridge; closure order; tension by several times

2016-06-25

U448.215

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.021

葉再軍(1980- )：男，碩士，高級工程師，主要研究領域為公路重點工程質量監督