沁河大橋連續剛構合攏的研究

覃巍巍

（柳州歐維姆機械股份有限公司,廣西 柳州 545006）

沁河大橋連續剛構合攏的研究

覃巍巍

（柳州歐維姆機械股份有限公司,廣西 柳州 545006）

預應力技術廣泛運用于橋梁懸臂澆筑的高墩實際工況中。針對高墩預應力混凝土連續剛構橋合攏的順序和方式,通過實際橋型的計算及模擬分析,針對幾種備選方式進行驗證,最后得出不同工況下的選擇方式和意義,為今后高墩預應力混凝土連續剛構橋施工提供參考。

橋梁施工；高墩；預應力；連續剛構；合攏

0 引言

采用懸臂澆筑施工的高墩預應力混凝土連續剛構橋合攏施工技術主要包括如下幾個方面的內容:合攏順序選擇、合攏方式、合攏段臨時鎖定方案設計、合攏施工的時間選擇、體系轉換以及施工配重等。對于高墩預應力混凝土連續剛構橋來說,合龍方式的設計尤為重要。以沁河大橋100 m+ 180 m+100 m連續剛構橋為工程背景,通過對比計算來研究合攏方式、合攏順序對成橋后結構受力情況的影響以及各自的適用條件。

1 預應力混凝土連續剛構橋合攏方式的設計

根據不同的地形、合攏后結構的內力變化以及施工單位的施工技術力量,連續剛構橋的合攏可采用不同的方式。目前根據所采用的施工工藝大體上可分為五類:

（1）方案一:落地支架上完成現澆段和邊跨合攏段澆注,再合攏中跨。

落地支架上完成現澆段和邊跨合攏段澆注,一般適用于地勢平坦、橋墩不高、地質條件良好,容易搭設支架的地方,其邊中跨之比大致在0.55～0.58范圍內。

（2）方案二:落地支架上澆注現澆段,在吊架上完成邊跨合攏段,最后合攏中跨。

落地支架上完成現澆段澆注,在吊架上澆注邊跨合攏段。適用于地勢平坦、橋墩不高、地質條件良好,容易搭設支架的地方。采用方案二合攏的連續剛構橋,其邊中跨之比大致控制在0.55～0.58范圍內[1]。

（3）方案三:導梁上完成現澆段和邊合攏段澆注,再合攏中跨。

在邊跨懸臂及交界墩上搭設導梁,支承在邊跨上,利用導梁完成邊跨現澆段和邊跨合攏段的澆注。方案三主要適用于橋墩較高、搭設支架不經濟的橋位,其邊中跨之比大致在0.54～0.56范圍內。

（4）方案四:不對稱懸澆后,先邊跨后中跨合攏

地區建造橋梁,山高谷深,導致橋墩特別高。如果采用落地支架澆注邊跨現澆段及邊跨合攏段,不僅費材費力、施工難度大,而且也很難保證支架不發生不均勻沉降。由于邊墩很高,如果采用導梁方式合攏,導梁的重量以及現澆段和合攏段的重量對邊墩將產生很大的軸力和彎矩,從而對邊墩的受力非常不利。因此,當T構施工到最大懸臂后,在中跨的最大懸臂處添加配重,邊跨繼續懸澆,最后與邊墩托架上澆注好的現澆段合攏[2]。

（5）方案五:懸澆到最大懸臂狀態后,先中跨后邊跨合攏

當連續剛構橋懸澆到最大懸臂狀態后,先合攏中跨,然后繼續懸澆邊跨,與此同時在邊墩上搭設托架澆注邊跨現澆段,最后利用吊架完成邊跨合攏[3]。

2 仿真分析

高墩預應力混凝土連續剛構橋的恒載內力由各施工階段的內力疊加而成,根據不同合龍順序和方式計算出不同的收縮徐變次內力等。因高墩預應力混凝土連續剛構橋屬于超靜定結構,顯然不同的合攏方法對橋梁成橋時的恒載內力有很大的區別。

2.1 計算模型

縱向靜力計算按平面桿系進行結構分析,采用橋梁結構靜力計算綜合程序QJX計算。計算假定:上部箱梁與主墩固結,橋臺處支座按滑動支座考慮,主墩底按剛性各向固定支承考慮；結合設計文件的施工順序和單元劃分進行結構離散,共劃分主梁單元149個,橋墩單元42個,永久支承單元6個[4]。如圖1所示。

圖1 結構離散圖

2.2 荷載組合

（1）施工階段

恒載+施工荷載

（2）運營階段

組合1:恒載

組合2:恒載+公路—Ⅰ級

組合3:恒載+掛車-120

組合4:恒載+公路—Ⅰ級+溫度組合Ⅰ

組合5:恒載+公路—Ⅰ級+溫度組合Ⅱ

2.3 計算結果

（1）成橋階段箱梁控制截面應力見表1（表中數值符號規定:壓應力為正,拉應力為負）。

表1 成橋階段箱梁控制截面應力 kg/cm2

由成橋階段箱梁各控制截面應力數據分析可知:

a.不管采用哪種方案合攏,成橋后各控制截面的最大壓應力 σ均遠遠低于 0.70 fck=0.70× 355=248.5 kg/cm2,滿足規范要求；

b.采用方案五合攏的連續剛構橋,成橋后在懸臂根部、跨中以及邊跨支座處的下緣壓應力儲備最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合攏的連續剛構橋,成橋后在懸臂根部、跨中以及邊跨支座處的下緣壓應力儲備最小。

（2）運營階段各荷載組合情況下箱梁控制截面最大和最小應力見表2。

由數據分析可知:

a.不管采用哪種方案合攏,運營階段各控制截面的最大壓應力 σkc+σpt都以組合4為最不利工況,但其最大壓應力也均小于 0.5 f’ck=0.5× 355=177.5 kg/cm2規范要求。

b.用方案五合攏的連續剛構橋,在運營階段各種荷載組合下的下緣最大和最小壓應力儲備均最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合攏的連續剛構橋,在運營階段各種荷載組合下的下緣最大和最小壓應力儲備均最小；

e.由以上成橋、運營階段上部箱梁正應力計算結果,可以看出在各工況下主梁各截面應力均滿足規范要求,結構均為安全。

（3）箱梁主拉應力

箱梁控制截面主拉應力見表3、表4。

由箱梁控制截面主拉應力數據可知:不管采用哪種方式合攏,其結構的主拉應力變化均不是特別大,而且值均較小,滿足規范,表明結構較為安全。

（4）主墩內力計算

成橋、運營階段墩身內力見表5。

由以上數據可以看出,方案一和方案二合攏后的連續剛構橋,其墩頂、墩底受力最小,方案三、方案四依次次之,方案五合攏后的連續剛構橋的墩頂、墩底受力較大。

3 結論

（1）方案一:落地支架上完成現澆段和邊跨合攏段澆注,再合攏中跨。這種合攏方式完成的連續剛構橋,不論是在成橋階段還是在運營階段,各控制截面下緣的壓應力儲備均最小,而且方案一只適合于地勢平坦、橋墩不高、地質條件良好,容易搭設支架的地方,其邊中跨之比大致在0.55～0.58范圍內。

表2 運營階段各荷載組合情況下箱梁控制截面最大和最小應力 kg/m2

（2）方案二:落地支架上完成現澆段、吊架上澆注邊跨合攏段,再合攏中跨。這種合攏方式取消邊跨合龍支架,增加邊跨合攏的穩定性。這種方式合攏的連續剛構橋在成橋后墩頂、墩底受力最小；在成橋階段和運營階段,各控制截面下緣的壓應力儲備在5種合攏方式中居中。如果在地勢平坦、橋墩不高、地質條件良好、容易搭設支架的地方,可以采用方案二完成連續剛構橋合攏。

表5 成橋、運營階段墩身內力t/m2

（3）方案三:導梁上完成現澆段和邊跨合攏段,再合攏中跨。該方式合攏完全取消落地支架,增加邊跨合攏的穩定性和提高施工的方便程度,并且邊跨支點在任何荷載工況下總保留有足夠的壓力,而不出現拉力,這樣利用導梁合攏邊跨,不會過多增加預應力,是方案二的改進版。方案三主要適合于橋墩較高、搭設支架不經濟的橋位,其邊中跨之比大致在0.54～0.56范圍內。

（4）方案四:不對稱懸澆后,先邊跨后中跨合攏。在山高谷深的地區建造橋梁,橋墩特別高,當T構施工到最大懸臂后,邊跨繼續懸澆,在中跨的最大懸臂處添加相應的配重,最后與邊墩托架上澆注好的現澆段合攏,就能消除落地支架和導梁施工給結構帶來的不利因素。經仿真分析,方案四完成的連續剛構橋不論是在成橋階段,還是在運營階段各控制截面下緣的壓應力儲備均較大,但成橋后墩頂和墩底的內力也不小,需在橋墩配筋時加以增強。

（5）方案五:最大懸臂后,先中跨后邊跨合攏。這種合攏方式同樣適用于山高谷深的地區,與方案四相比合攏的順序不一樣,為方案四的變異。在5種合攏方式中,不論是在成橋階段還是在運營階段,各控制截面下緣的壓應力儲備方案五都大,但是成橋后其橋墩頂和底的內力也是5種合攏方式中的最大者,在橋墩配筋時需注意。

[1]賀玉娥.多跨高墩連續剛構的設計研究 [J].黑龍江交通科技, 2012(8):70.

[2]劉建,陸新焱.基于無應力狀態法的高墩大跨連續剛構橋合龍方案研究[J].中外公路,2013(33):110-114.

[3]徐君蘭,項海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]秦順全．橋梁施工控制無應力狀態法理論與實踐[M].北京:人民交通出版社,2007.

U445

B

1009-7716（2017）07-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.032

2017-03-16

覃巍巍（1984-）,男,廣西柳州人,工程師,從事橋梁工程設計工作。