汾河特大橋合攏段頂推位移控制

魏 鑫

（山西省交通科學研究院，山西 太原030006）

預應力混凝土連續剛構橋是橋墩固結的多次超靜定結構，在施工和后期運營階段中受梁體自重、混凝土收縮徐變、溫差等因素的影響，梁體會產生位移，造成主墩偏位。而預應力混凝土連續剛構橋在合攏段施工過程中，由于施工實際溫度和設計溫度可能會存在偏差，將會使梁體產生位移，造成主墩偏位，產生應力。為了消除主墩由于結構自重、混凝土收縮徐變以及合攏溫差等引起的位移和應力[1-2]，使橋梁后期的線形和設計線形符合較好，可在連續剛構橋中跨合攏前對梁體施加水平頂推力，使主墩產生一反向水平位移來抵消這一不利影響，調整橋墩受力狀態，使成橋后結構在運營階段的應力和內力處于安全可控范圍內，確保橋梁的使用安全。

1 工程概況

汾河特大橋位于霍永高速公路東段K10+852.48處，東西向橫跨汾河，分左右幅，橋梁全長2 421.96 m。上部結構：主橋采用（66.98+7×120+66.98）m預應力混凝土剛構-連續組合梁，箱梁截面形式為單箱單室，頂板寬12 m，底板寬6.5 m，翼緣板懸臂長度為2.75 m；主墩頂0號塊梁高7.5 m，跨中合攏段梁高2.5 m，主墩根部至跨中合攏段梁高按1.8次拋物線變化。橋梁下部結構為：11號、20號主引橋過渡墩和12號、19號主橋橋墩采用空心墩，13～18號主橋橋墩采用雙薄壁空心墩，墩高在53～75 m之間，橋梁總體布置如圖1所示。

圖1 汾河特大橋總體布置示意圖（單位：cm）

汾河特大橋主橋為九跨一聯預應力混凝土剛構-連續組合梁，屬于大跨高墩橋梁，且主跨跨數多，合攏次數多，其中邊跨合攏段4個，中跨合攏段14個。主橋原合攏順序為：先合攏第12跨、20跨，然后依次合攏第13跨、19跨，第14跨、18跨，第15跨、17跨，最后合攏第16跨，在施工過程中受施工條件和施工周期的影響，大橋合攏順序調整為：先合攏第15跨、17跨，然后依次合攏第14跨、18跨，第16跨，第12跨、20跨，最后合攏第13跨、19跨，且在第14跨、15跨、16跨、17跨、18跨合攏過程中施加1 500 kN的頂推力，全橋共需頂推10次。合攏順序的改變、頂推力的施加使得梁體在頂推后發生位移，這給監控帶來了很大的困難。既要保證頂推力和頂推位移的到位，又要確保橋梁在施工過程中預拱度的準確性，以利于成橋后橋梁線性的平順性。

2 有限元模型的建立

汾河特大橋主橋屬多次超靜定結構，仿真分析計算主要采用了平面桿系有限元分析法進行，采用橋梁博士結構分析軟件進行結構分析計算。在進行仿真計算時，根據實際施工情況及施工設計圖紙中將全橋離散為568個節點，565個單元，其中主梁單元349個，橋墩單元216個，邊界條件近似模擬為：8個主墩與大地固結，過渡墩支座模擬成活動鉸接，結構離散圖如圖2所示。

圖2 汾河特大橋結構離散圖

3 頂推施工

3.1 頂推時間的確定

溫度變化對橋梁結構的受力和變形影響很大，這種影響隨溫度的改變而改變，在不同時刻對結構狀態（應力、變形）進行量測，其結果是不一樣的。根據前期累計的氣象記錄確定適宜剛性支撐頂推焊接的施工時間，合攏段頂推應在晚間溫度最低時進行，此時兩端梁體已回縮至最短狀態，隨時間推移溫度增高梁體熱脹，剛性支撐完全受壓，本橋最終確定的頂推時間為晚上12點。

3.2 量測控制點的布置及觀測

本橋頂推主要對梁端標高、橋墩偏移量、合攏段長度的變化進行觀測，標高測量主要是在“T”構箱梁最前端預埋鋼筋頭測量在頂推過程中箱梁高程的變化[3]。

3.3 頂推工作

根據設計單位提供的1 500 kN的水平頂推力，最大懸臂段現澆施工前根據設計圖紙，將合攏段剛性支撐預埋件和頂推托架準確定位預埋于最大懸臂梁端，在定位、安裝剛性支撐前將骨架中部的底連接板焊在先施工的骨架上。合攏段對應兩端剛性支撐在預埋定位時應通過角鋼臨時連接以保證合攏時對接精度。在中跨合攏段箱梁梁體腹板施加1 500 kN水平力，將箱梁向合攏方向外頂推。

為了保證合攏頂推時橋梁的安全，頂推加載施工采用水平向變位與頂推力雙控指標控制，控制以頂推力為主，水平、縱向變位校核。頂推過程中，須遵循“對稱、均值”的加載原則，加載時采用分級加載，依次為300 kN、750 kN、1 200 kN、1 500 kN。每加載一級要讓千斤頂持力15 min，以保證橋墩偏移量達到要求。

4 頂推位移分析

全橋分為左右幅，合攏段14個，頂推10次，由于合攏次數多，合攏誤差會累積，對后續合攏造成不利影響，為保證全橋的合攏誤差在規范和設計要求范圍之內，頂推工作尤為重要，經過科學合理的計算和分析，在施工過程中盡量減小誤差，保證合攏精度[4]。右幅第15跨、第14跨、第16跨頂推計算值與實測值對比表分別如表1、表2、表3所示。

表1 第15跨計算值與實測值對比表 cm

表2 第14跨計算值與實測值對比表cm

表3 第16跨計算值與實測值對比表 cm

通過表1～表3可以看出：

a）從合攏段長度變化量和墩頂偏移量可以看出，在頂推初期，由于力在梁體中的傳遞較慢，存在滯后性，實測值與計算值相差較大，隨著頂推力的增大，實測值與計算值的相差在逐漸減小。合攏段長度變化量實測值與計算值比值由0.60增加到0.97，墩頂偏移量實測值與計算值比值由0.61增加到0.98。

b）14號墩墩高72.5 m，15號墩墩高70 m，在第15跨頂推過程中，14號墩頂偏移量要大于15號墩頂偏移量，分析原因為14號墩橋墩剛度要比15號墩橋墩剛度小。

c）在第14跨頂推過程中，由于第15跨已經合攏，模型計算的13號墩頂偏移量計算值要遠大于14號墩頂偏移量計算值，在頂推過程中實測值也是如此，所以在頂推過程中，須遵循“對稱、均值”的加載原則，以免軸線發生偏位。

d）模型的計算值比施工過程的實測值要大，這與模型中結構的剛度和橋梁實際剛度存在出入有關，同時在實測中也存在誤差。

e）在整個頂推過程中，最前端的梁段高程變化都比較小，說明在頂推過程中橋梁結構是安全的。

5 結語

a）通過對霍永高速公路東段汾河特大橋頂推位移分析可以看出，施工過程中頂推的位移實測值與采用有限元進行仿真模擬分析的計算值較為吻合，同時也驗證了汾河特大橋頂推方案的合理性和可行性。

b）在頂推初期，由于力在梁體中的傳遞較慢，存在滯后性，合攏段長度變化量實測值與計算值相差較大，隨著頂推力的增大，實測值與計算值的相差在逐漸減小。

c）有限元仿真模擬的計算值比施工過程的實測值要大，這與模型中結構的剛度和施工現場實際剛度存在出入有關，在今后的仿真模擬分析中應考慮結構的實際剛度。