連續剛構橋中跨合龍段頂推力研究

寇明國 黃 江

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

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連續剛構橋中跨合龍段頂推力研究

寇明國 黃 江

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

以姑溪河特大橋為例，對連續剛構橋中跨合龍段頂推力進行了研究，運用有限元軟件計算出合龍段的頂推力，并通過對不同頂推力下的主墩變形和內力進行對比分析，確定出合理的頂推力大小。

連續剛構橋，中跨合龍段，頂推力，主墩

由于連續剛構橋本身的受力特點，與邊跨相鄰的主墩，在恒載作用下，兩墩柱垂直力相差加大，內側墩柱反力遠大于外墩柱反力，且墩頂還存在較大的彎矩；混凝土主梁收縮、徐變導致主墩產生向跨中方向的變形，從而在主墩頂部、底部產生較大的次彎矩效應，在與體系溫差的疊加下將加大對墩身的不利影響。通過計算發現，當橋梁完成邊跨合龍后，再在中跨合龍前對跨中合龍段的懸臂端施加一對反向水平推力，使主墩向邊跨側發生設定的預偏位以抵消中跨合龍后主梁收縮、徐變產生的次內力和變位，并減小次內力與體系溫差組合的不利效果，從而達到改善主墩墩身受力性能的目的[1]。這種中跨合龍段的頂推力對墩身有種類似于“預應力”的效果。這種“預應力”對于改善矮墩連續剛構主墩墩身受力更為明顯[2]。工程中可通過施加頂推力來優化橋墩斷面，但這個“預應力”施加多大算合理、應遵循什么原則，目前尚未見到相關明確論述。本文結合某工程實例對剛構橋中跨合龍段的頂推力進行了專門的研究。

1 施加頂推力的原則

通過有限元計算及工程實例發現，降低主梁混凝土收縮徐變及體系溫差對連續剛構主墩身受力的不利影響是頂推力施加的首要出發點[3]，具體包括以下幾點：

1)通過施加中跨合龍段水平頂推力后產生的彎矩能盡量抵消合龍后由主梁自重、混凝土收縮徐變等作用在墩身產生的彎矩，這樣才能改善墩身受力性能，并達到控制墩身裂縫寬度及減少主筋數量的目的。2)施加中跨合龍段水平頂推力后產生的墩頂預偏能部分抵消合龍后由主梁混凝土收縮徐變在主墩產生的收縮，從而達到減小主墩墩頂水平位移的效果。3)考慮了體系降溫作用的組合往往是控制主墩設計的關鍵，施加水平頂推力后會顯著減小此控制組合值，但施加過大的水平頂推力，會導致主墩墩身控制組合的體系溫差作用可能改為體系升溫作用，因此認為過大的頂推力失去其意義。

因此，在不超標的前提下最大限度地實現頂推力的有利效果就是頂推力的取值原則。根據此原則，下文結合工程實例進行闡述具體應用。

2 工程實例概況

姑溪河特大橋是S247(圍屋路)改擴建工程的控制性節點之一。該橋主橋是一座3跨預應力混凝土連續剛構橋，跨徑布置為(76+135+76)m，橋梁立面布置如圖1所示。

主梁為單箱單室預應力混凝土連續箱梁，箱梁頂板寬12 m，底板寬7 m；跨中梁高3.5 m，支點梁高8 m，懸澆部分梁高按2次拋物線規律變化；箱梁頂板厚28 cm，跨中底板厚度32 cm，支點底板厚度100 cm，懸澆部分底板按2次拋物線規律變化；跨中腹板厚度50 cm，支點腹板厚度90 cm，腹板厚度按分段等厚規律變化。主墩采用雙肢薄壁墩，墩高16 m，橋墩壁厚1.6 m，雙肢墩中心距4 m；采用9根2 m樁基礎。

姑溪河大橋主墩構造見圖2。

3 合理頂推力的確定

采用有限元軟件Midas Civil建立全橋模型，主梁及主墩均采用梁單元模擬，主梁與主墩之間采用彈性連接剛性處理，有限元模型離散圖如圖3所示。

3.1 頂推力與墩身最大裂縫寬度的關系

表1給出墩身最大裂縫寬度與頂推力之間的對應關系。由表1可以看出墩身最大裂縫寬度與頂推力之間為線性關系；頂推力每增加1 000 kN，墩身最大裂縫寬度減少0.01 mm。因為墩身比較矮，在不施加頂推力時墩身受力較大，在最不利作用組合下墩身截面最大裂縫寬多達0.19 mm。經過試算，若把裂縫寬度控制在0.15 mm以內，頂推力需不小于4 000 kN。

表1 墩身最大裂縫寬度與頂推力的關系

3.2 頂推力與墩身內力、位移的關系

圖4給出了墩底彎矩、墩底軸力與頂推力之間的線性關系；隨著頂推力的增大，墩底截面彎矩、軸力減小。

圖5分別給出了3年收縮徐變荷載工況、3年收縮徐變+升溫荷載組合工況及3年收縮徐變+降溫荷載組合工況下，墩頂位移與頂推力的線性關系。隨著頂推力的增大，墩頂位移不斷減小。

由圖5可知，當頂推力取7 000 kN時，3年+升溫組合下，墩頂位移由0.84 cm調整為-0.87 cm，因此頂推力繼續增大的意義不大。綜合考慮，頂推力取5 000 kN較為合理。

3.3 墩身控制截面受力性能比較

表2給出了合龍前施加頂推力與不施加頂推力，墩身控制截面的內力及水平變位。在永久荷載作用下墩身受力得到明顯改善；基本確保了成橋狀態下墩身保持鉛直。

表2 墩身控制截面內力及變位比較

4 結語

1)本文研究了頂推力取值原則：在不超限的前提下最大限度地實現了水平頂推力的有利效果。

2)結合姑溪河特大橋工程實例，驗證了頂推力對墩身內力及位移的改善效果。

3)對于矮墩連續剛構橋，通過中跨合龍前施加頂推力，有效降低墩身設計難度，從而能大大增強連續剛構橋的適用范圍。

4)施加中跨合龍段水平頂推力可避免連續剛構橋對合龍溫度的限制，合龍時溫度與設計對比偏高或偏低，可通過調整水平頂推力大小來改善橋梁受力，主要原則為“溫高大頂力，溫低小頂力”[4]。

[1] 鄒毅松，單榮相.連續剛構橋合龍頂推力的確定[J].重慶交通學院學報，2006(4):110-112.

[2] 張剛剛，吳重男.連續剛構橋合龍段頂推力設計探討[J].中外公路，2011(5):103-106.

[3] 姜天曉，劉三奇，胡 成.高樁承臺柔性基礎連續剛構橋合龍頂推力研究[J].工程與建設，2010,24(3):80-81.

[4] 劉昌國，殷燦彬.連續剛構橋高溫合攏頂推力的分析與試驗研究[J].公路工程，2009,34(5):160-161.

[5] 馬衛華，孫全勝.連續剛構橋非高溫頂推合攏試驗分析[J].低溫建筑技術，2011,33(4):101-102.

The jacking force research for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge

Kou Mingguo Huang Jiang

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

Taking the Guxi river super bridge as an example, this thesis researches the jacking force for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge, using the finite element software to calculate the jacking force and contrasting the deformation and internal force by different jacking forces, finally this thesis deduces the optimal jacking force.

continuous rigid-frame bridge， the closure for middle span， jacking force， main pier

1009-6825(2017)14-0161-03

2017-02-21

寇明國(1977- )，男，碩士，高級工程師

U441

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