偶數跨連續梁橋施工合攏優化分析

孟陽君，陳 強

(1．湖南文理學院 土木建筑工程學院，湖南 常德 415000；2．湖南城市學院 土木工程學院，湖南 益陽 413000)

偶數跨連續梁橋施工合攏優化分析

孟陽君1，陳 強2

(1．湖南文理學院 土木建筑工程學院，湖南 常德 415000；2．湖南城市學院 土木工程學院，湖南 益陽 413000)

總跨數為偶數的預應力混凝土連續梁橋的合攏特性明顯不同于總跨數為奇數的預應力混凝土連續梁橋及相同布置的連續剛構．結合陸家渡大橋對3種不同的合攏工況進行了分析，得出：成橋狀態，由中跨向邊跨對稱逐孔合攏，合攏線形最為平順，多跨一次合攏軸向變形最小；3種合攏工況下，成橋狀態頂、底板應力均為壓應力，頂板應力變化幅度較小，底板應力變化幅度較大．隨著運營時間的增加，3種合攏工況橋跨線形均有逐漸向下變形的趨勢，且其橋跨軸向變形逐漸增大，頂、底板壓應力均有減小的趨勢．運營10年，3種不同合攏工況，頂、底板應力均為壓應力，由中跨向邊跨對稱逐孔合攏線形最為平順．整體來看，底板應力變化幅度大于頂板．

連續梁橋；跨數；合攏；特性；優化

當前，隨著橋梁設計水平和施工技術的提升，預應力混凝土連續梁橋這種橋型已經遍布國內．關于預應力混凝土連續梁橋的施工控制及合攏優化分析的研究很多，但多見于總跨數為奇數的情況．留晗，張宇[1]研究了合攏方式對多跨連續梁線形和內力的影響，得出總跨數為奇數的連續梁由邊到中合攏較為合理．周鑫，張雪松，向中富[2]以寧夏陶樂黃河公路特大橋為例，對多跨連續梁懸臂施上合攏方案中的一些細竹進行了計算和分析．曹水東，林云，李傳習[3]通過多跨連續剛構橋合攏方案分析，得出不同的合攏順序對成橋狀態結構受力影響不大，但對累計位移有較大影響，合攏段預應力鋼束的張拉方式不同會影響合攏段主梁的下緣應力，而對其上緣和其他節段主梁應力以及位移影響甚微．

與之相比，總跨數為偶數的預應力混凝土連續梁橋的合攏優化分析則很少[4-13]，相比相同跨數的連續剛構及奇數跨的預應力混凝土連續梁橋，其合攏特性(包括線形和內力)明顯不同，為此，本文結合陸家渡大橋-六跨預應力混凝土連續梁橋對此進行了研究．

1 懸臂澆筑法施工工藝及流程

大跨預應力混凝土連續梁橋大多采用懸臂澆筑法施工．懸臂澆筑法施工的周期一般為6～12 d，依節段混凝土的數量和結構的復雜程度而不同．懸臂澆筑法一般施工流程見圖1．

圖1 懸臂澆筑法施工一般流程圖

混凝土連續梁橋懸臂澆筑法合攏梁段施工一般流程見圖2．

圖2 合攏梁段一般施工流程圖

混凝土連續梁橋(箱梁)懸臂澆筑法合攏段的施工方案，必須符合規范及設計要求，確保連續梁橋結構體系轉換后及成橋運營階段梁體內力及變形符合要求．根據施工順序可以分為逐孔合攏和多跨一次合攏兩種，其中逐孔合攏又可分為由邊跨向中跨對稱逐孔合攏和由中跨向邊跨對稱逐孔合攏兩種．一般來說，當連續箱梁跨數較少時多采用逐孔合攏；而對長連多孔連續箱梁施工來說，為了縮短施工工期，并滿足設計合攏溫度等要求，在經濟和設備允許的情況下，更多采用多跨一次合攏．

2 工程概況

安鄉陸家渡大橋主橋為40 m+4×67 m+40 m預應力混凝土變截面箱梁，橋長924.80 m．主橋連續箱梁預應力采用三向預應力體系．變截面箱梁梁底線性按2次拋物線變化，箱梁根部梁高為3.8 m，跨中梁高為2 m，箱梁頂板全寬為12.5 m設有2.0 %雙向橫坡，頂板厚度懸澆梁段和合攏段均為28 ㎝；底板寬度為6.5 m，厚度為85 ㎝(墩頂)～28 ㎝(跨中)；箱梁腹板厚度由根部至跨中依次取75 ㎝，75 ㎝至55 ㎝，55 ㎝．箱梁懸臂澆筑分段長度依次分別為：9.0 m長0號段+4×3.0 m+4×4.0 m，邊、中跨合攏段長采用2 m，邊跨現澆段長5.5 m．11、12、13、14、15號橋墩為主橋橋墩，采用D240 ㎝雙柱式橋墩接3 m承臺配4根D180 ㎝樁基礎．設計荷載：公路-Ⅱ級．

3 合攏工序優化分析

3.1 計算工況

安鄉陸家渡大橋為6跨預應力混凝土連續箱梁橋，根據施工T構數目，該橋共計6個合攏段，合攏段的數目為偶數，不同于一般的奇數，為了確保成橋內力及線形滿足規范及設計要求，分別選取如下3種合攏工況進行計算分析，選擇其中最佳方案進行施工．

工況1：多跨一次合攏；

工況2：由邊跨向中跨對稱逐孔合攏；

工況3：由中跨向邊跨對稱逐孔合攏．

3.2 計算模型及參數

本橋采用 MIDAS軟件，根據施工過程采用平面桿系單元計算．成橋模型離散為338個單元，339個節點，模型的邊界條件為結構支座位置的豎向線位移約束和墩底固結．全橋共劃分為 13個施工階段和一個運營階段進行仿真分析計算．計算模型見圖3．

圖3 陸家渡大橋有限元模型

相關計算分析參數見表1．

表1 計算分析參數

3.3 計算結果分析

3.3.1 成橋狀態及成橋10年線形

現以成橋狀態(取全橋合攏并拆除墩頂臨時固結、剛剛完成橋面鋪裝、欄桿等二期恒載施工的時刻)為基準，分別對3種合攏工況線形進行分析，結果見表2、圖4．

表2 成橋狀態各個工況線形特征比較 m

圖4 成橋狀態各個工況線形

由表2、圖4不難看出，工況3(由中跨向邊跨對稱逐孔合攏)合攏線形最為平順，標高方向(Z方向)最大線形相差0.018 19 m；其次是工況1(多跨一次合攏)，標高方向最大線形相差0.02 108 m；線形最差的是工況 2(由邊跨向中跨對稱逐孔合攏)，標高方向最大線形相差0.034 18 m．3種工況下，工況1軸向變形最小，其次是工況3，軸向變形最大的是工況2．

由圖4還可看出，3種工況下，軸向最大變形均發生在橋梁兩端，此種情況與支座布置有關，同時有利于伸縮縫的設置；3種工況下，-Z方向最大位移均發生在邊跨合攏段之前的倒數第二節段(即7#塊)，+Z方向最大位移均發生在次邊跨合攏段之前的倒數第一節段(即8#塊)．

現以成橋運營 10年狀態為基準，分別對 3種合攏工況線形進行分析，結果見表3、圖5．

表3 運營10年各個工況線形特征比較 m

圖5 運營10年各個工況線形

由圖 5可以看出，隨著運營時間的增加，3種工況橋跨線形均有逐漸向下變形的趨勢，其最大位移發生位置與成橋狀態一致；由表3可得，工況3成橋10年線形最為平順，標高方向(Z方向)最大線形相差0.018 27 m；工況2線形最差，標高方向(Z方向)最大線形相差0.033 92 m．

由圖5不難看出，隨著運營時間的增加，橋跨軸向變形逐漸增大，工況1增加幅度最大，為軸向變形最大工況．

3.3.2 成橋狀態及運營10年應力

現以成橋狀態為基準，分別對3種合攏工況應力進行分析，結果見表4、圖6．

圖6 成橋狀態各個工況頂、底板應力比較圖

表4 成橋狀態各個工況內力特征比較 MPa

由表4、圖6可以看出，采用3種不同合攏工況，成橋狀態下，頂底板應力均為壓應力；從應力變化幅度來看，3種工況下，頂板應力變化幅度較小，中跨合攏段中變化幅度最大，達到12.8 %，邊跨合攏段中變化幅度最小，為3.6 %；底板應力變化幅度較大，次邊跨合攏段中變化幅度最大，達到16.2 %，邊跨合攏段中變化幅度最小，為5.8 %．

由圖 6還可看出，無論采用哪種合攏方案，頂、底板應力變化均不平順，若以頂板應力為標準，工況1(多跨一次合攏)方案最好，若以底板應力為標準，則是工況2(由邊跨向中跨對稱逐孔合攏)方案最好．

由表5、圖7可以看出，采用3種不同合攏工況，運營10年，頂底板應力均為壓應力

表5 運營10年各個工況內力特征比較 MPa

圖7 運營10年各個工況頂、底板應力比較圖

對比成橋狀態，不難發現，隨著運營時間的增加，頂底板壓應力均有減小的趨勢，變化最大處為工況1次邊跨跨中底板，達到1.22 MPa，相對變化幅度為26.1 %，其次為該工況中跨跨中底板，達到1 MPa，相對變化幅度為22.2 %．

整體來看，底板應力變化幅度大于頂板，次邊跨應力變化幅度＞中跨應力變化幅度＞邊跨應力變化幅度．3種工況下，頂板應力變化幅度較小，中跨合攏段中變化幅度最大，達到 6.5 %，邊跨合攏段中變化幅度最小，為 2.2 %；底板應力變化幅度較大，次邊跨合攏段中變化幅度最大，達到8.9 %，邊跨合攏段中變化幅度最小，為2.8 %．

由圖 7還可看出，無論采用哪種合攏方案，頂、底板應力變化均不平順，若以頂板應力為標準，工況1(多跨一次合攏)方案最好，若以底板應力為標準，則是工況2(由邊跨向中跨對稱逐孔合攏)方案最好．

4 結束語

本文首先對預應力混凝土連續梁橋懸臂澆筑法的施工工藝及流程進行了介紹，并結合陸家渡大橋對3種不同的合攏工況進行了分析．

成橋狀態，工況3(由中跨向邊跨對稱逐孔合攏)合攏線形最為平順；3種工況下，工況1(多跨一次合攏)軸向變形最小，其次是工況3，軸向變形最大的是工況2．

3種工況下，軸向最大變形均均發生在橋梁兩端，負向最大撓度均發生在邊跨合攏段之前的倒數第二節段(即7#塊)，正向最大撓度均發生在次邊跨合攏段之前的倒數第一節段(即8#塊)．

采用3種不同合攏工況，成橋狀態下，頂底板應力均為壓應力；從應力變化幅度來看，3種工況下，頂板應力變化幅度較小；底板應力變化幅度較大．

以成橋狀態為標準，無論采用哪種合攏方案，頂、底板應力變化均不平順，若以頂板應力為標準，工況1(多跨一次合攏)方案最好，若以底板應力為標準，則是工況2(由邊跨向中跨對稱逐孔合攏)方案最好．

隨著運營時間的增加，3種工況橋跨線形均有逐漸向下變形的趨勢，其最大位移發生位置與成橋狀態一致；工況3成橋10年線形最為平順．

隨著運營時間的增加，橋跨軸向變形逐漸增大，工況1增加幅度最大，為軸向變形最大工況．

采用3種不同合攏工況，運營10年，頂底板應力均為壓應力；且隨著運營時間的增加，頂底板壓應力均有減小的趨勢，變化最大處為工況1次邊跨跨中底板．整體來看，底板應力變化幅度大于頂板，次邊跨應力變化幅度＞中跨應力變化幅度＞邊跨應力變化幅度．

以運營 10年狀態為標準，無論采用哪種合攏方案，頂、底板應力變化均不平順，若以頂板應力為標準，工況1(多跨一次合攏)方案最好，若以底板應力為標準，則是工況2(由邊跨向中跨對稱逐孔合攏)方案最好．

[1]留晗, 張宇. 合攏方式對多跨連續梁線形和內力的影響[J]. 蘭州交通大學學報, 2012, 31(4): 31-35.

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

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(責任編校：徐贊)

Closure Optimization Aanalysis for Even Spans Continuous Beam Bridge

MENG Yang-jun1，CHEN Qiang2
(1. College of Architecture & Civil Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde, Hunan 415000, China; 2. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China)

Closure characteristics for prestressed concrete continuous beam bridge with even spans are very different from the odd’s and continuous rigid frame with the same layout. Combined lujiadu bridge,three different closure conditions have been analysed. The results showed that closure alignment from midspan to sidespan is the most smooth, axial deformation is the smallest for multi span closed at the same time. Under three conditions, stress of upper plate and bottom plate are compressive at completed bridge state, stress variation of upper plate is less than that of bottom plate in three conditions. With the increase of operating time, the deflection of bridge and axial deformation of bridge increases gradually, compressive stress of upper plate and bottom plate have a tendency to decrease. 10 years later, upper plate and bottom plate are still in compressive stress in three conditions, closure alignment from midspan to sidespan is the most smooth.Overall, stress variation of bottom plate is greater than that of upper plate.

continuous beam bridge; number of spans; closure; characteristics; optimization

U 445

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.03.0004

1672–7304(2017)03–0015–06

2017-01-09

湖南省教育廳科研項目(16C1091)；湖南文理學院校級科研項目(E07015017)

孟陽君(1982?)，男，湖南常德人，高級工程師，博士，主要從事橋梁結構理論研究及仿真分析﹒E-mail: 352357749@qq.com．