連續梁橋合龍順序仿真研究

高 勇 高 原

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司,湖北 武漢 430056)

1 概述

橋梁合龍段施工是決定橋梁建設成敗的關鍵部分，合理的合龍順序對調整橋梁的內力和線形發揮著十分重要的作用，不同的合龍順序橋梁結構受力狀態不同，從而影響結構的長期撓度[1]。對于連續剛構橋，由于施工周期長，施工繁雜，如果不認真計算分析，就會造成不能順利合龍。因此，選擇正確的合龍順序至關重要。幾乎可以通過合龍順序的選擇來實現橋梁結構內力和線形的選擇。

孫全勝、姚志立等[2-4]以實際連續梁橋工程為例，計算了不同合龍方案對主梁豎向位移和應力的影響，指導橋梁合龍施工；劉沐宇等[5]以新疆伊利特大橋為實例，探討了連續剛構組合梁橋主梁合龍順序的一般規律，王學華、張繼堯和彭道富等人[6-8]，分析了不同合龍順序下剛性支撐的受力差別；陳淮、劉華為等[9,10]探討了主梁合龍順序、邊跨現澆段滿堂支架拆除時機和主梁中跨合龍段頂推力的優化調整等關鍵技術問題。

本文以某連續梁橋為實例，采取了三種不同的合龍方式進行仿真研究，分析對比了不同合龍順序對主梁內力、變形的影響，以確定最佳合龍順序，為連續梁橋提供施工和監控的參考價值。

2 模型的建立

使用Midas有限元進行模擬計算，根據該跨線橋的結構設計所選取的三種合龍工況如表1所示。

表1 合龍順序工況

在建立有限元模型過程中，重點關注梁體隨合龍順序的改變而產生的力學響應分析，因此可以將橋墩的模擬簡化為邊界條件作用于橋墩處。根據實際工程的情況和分析的需要，全橋共劃分為81個節點，80個單元，模型主要根據施工階段進行分析，三種工況條件下最終成橋模型均如圖1所示。

3 不同合龍順序對橋梁內力的影響

3.1 工況一：先邊跨后中跨合龍

由于需要建立不同模型不同階段之間的分析對比，因此將數據提出后進行對比分析工況一時橋梁各施工階段的彎矩圖如圖2所示。

由圖2可知：1)各施工階段最大正彎矩均出現在兩橋墩附近，最大值為全部合龍完成后219 706 kN·m，這與連續梁為了克服均布恒荷載作用下支點處的最大負彎矩而設計的預應力筋束形式、數量以及支點處的較大厚度有關；最大負彎矩均為邊跨合龍階段在邊跨合龍段附近，最大值為-43 476.7 kN·m；2)中跨跨中合龍段附近彎矩隨著施工階段的進行呈現逐步減小趨勢，邊跨合龍段的負彎矩也呈現減小趨勢，這對梁體各施工階段完成時支架逐步拆除后梁體受力的控制有利；3)成橋后最大正負彎矩均比施工階段中小，且其彎矩圖正好與后階段的橋面鋪裝等彎矩圖相反，因此從彎矩圖的形式看，該合龍順序合理。

3.2 工況二：先中跨后邊跨合龍

在工況二先中跨后邊跨合龍的順序下，各施工階段彎矩變化見圖3。

由圖3可知：1)該工況下，最不利的施工階段為全部合龍完成時，最大正負彎矩均在該階段，最大正彎矩也在中墩附近為230 185 kN·m，最大負彎矩在中跨合龍段為-40 924.3 kN·m；2)二期恒載與合龍完成時彎矩幾乎無變化，說明在工況一、二時合龍完成后，在無外荷載作用時橋梁內力已經穩定，這對橋梁施工作用較好；3)成橋后的最大正負彎矩以及其趨勢均位于中跨合龍階段和合龍完成階段之間，說明在施工過程中，梁體內力變化幅度較大，這不利于施工控制。

3.3 工況三：邊中跨一起合龍

在工況三同時合龍中邊跨合龍段時，各施工階段彎矩變化見圖4。

由圖4可知：1)該工況下，最不利的施工階段為全部合龍完成時，最大正彎矩在中墩處為236 705 kN·m，最大負彎矩在邊跨合龍段為-36 840.3 kN·m；2)與前2個工況不同，二期恒載與成橋后彎矩圖變化較為明顯，說明該合龍方式下，使得橋梁內力相對不穩定，不利于對將來橋梁受力情況的分析；3)在合龍完成以及二期恒載階段，中跨合龍段附近負彎矩較大，而成橋后為正彎矩，有明顯變化，不利于梁體受力。

3.4 各工況結果內力對比分析

由于各工況下，合龍完成時的受力狀態對橋梁較為不利，而成橋狀態的受力直接影響到橋梁的正常運營過程，因此對各工況最不利施工狀態彎矩和成橋狀態下彎矩、軸力對比分析如圖5～圖7所示。

由圖5～圖7可知：1)在合龍完成狀態下，三種工況都呈現了僅合龍區段附近受拉的現象，先中后邊的合龍與一次合龍的彎矩圖變化不大，而先邊跨后中跨的最大正負彎矩均遠小于這兩種合龍順序；2)在成橋狀態下，三種方式合龍時成橋彎矩趨勢近乎一致，且其趨勢正好與恒載作用產生的彎矩相反，這就解釋了為什么成橋狀態下彎矩均出現比合龍完成時彎矩小的結果。先邊后中的正彎矩比其他兩種方式稍大，而橋面鋪裝等恒載以及橋梁正常使用中的活載會在支點附近產生較大的負彎矩(其絕對值往往大于正彎矩區域)，因此這有利于為后續階段提供安全儲備空間；3)三種合龍順序的軸力對比圖接近重合，說明合龍順序對成橋軸力無明顯影響，這是因為在連續梁中影響軸力的主要因素和預應力筋的受力與布置以及超靜定產生的次生內力有關，三種合龍順序并未改變這些因素。綜上所述，從橋梁內力來看，無論是施工過程中還是成橋后合龍方式最佳合龍順序為先邊跨后中跨。

3.5 不同合龍順序對主梁線形的影響

豎向位移恰恰是影響線形行車平順的重要因素之一，尤其是高速鐵路對橋梁線形要求極高，所以其變化在PC連續梁橋給予嚴格的關注。全部合龍和成橋狀態下梁體豎向累計位移對比如圖8,圖9所示。

由圖8，圖9可知：1)先邊跨后中跨合龍時，在合龍狀態和成橋狀態最大豎向位移分別為21.57 mm和15.35 mm；先中跨后邊跨合龍時，在合龍狀態和成橋狀態最大豎向位移分別為31.20 mm和15.00 mm；邊中跨一起合龍時，在合龍狀態和成橋狀態最大豎向位移分別為29.29 mm和13.10 mm。工況一的合龍狀態下最大豎向位移相比工況二減小了9.63 mm，比工況三減小了7.72 mm。2)三種工況在兩種狀態下均呈現了中跨豎向位移相對邊跨較大的現象，最大豎向位移均在中跨跨中區域附近，對橋梁運營更為有利。3)先邊跨后中跨合龍，從合龍狀態到成橋狀態豎向位移變化明顯小于其他兩種合龍方式，最大差值從16 mm左右減小至6 mm左右，無論從施工過程中豎向位移的變化值還是單個狀態下豎向位移的變化趨勢，其線形更為流暢，這樣在施工過程中更便于監控橋梁結構的撓度變化，有利于達到盡量減小橋梁高程與設計值偏差的目的。

4 結語

三種不同順序合龍完成狀態下，先邊跨后中跨的最大正負彎矩均遠小于其他兩種合龍順序，最大豎向位移相比其他兩種合龍順序都有所減小，最佳合龍順序為先邊跨后中跨。

[1] 耿永魁.高墩大跨預應力混凝土連續剛構橋合龍施工分析與控制[D].西安：長安大學,2016.

[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，2012，40(5):45-48.

[3] 姚志立，余錢華，胡惜亮，等.矮寨連續剛構橋合龍順序分析及過程模擬計算[J].公路工程，2012，37(2):4-7.

[4] 冷雙全，張永水.高墩多跨連續剛構橋最優合龍順序選擇[J].交通科學與工程，2012，28(3):37-41.

[5] 劉沐宇，杜細春.多跨PC剛構—連續組合梁橋的合龍次序分析[J].武漢理工大學學報，2007，29(6):107-110.

[6] 王學華.合龍順序對高速鐵路連續梁橋的影響分析[J].鐵道標準設計,2014,58(7):72-75.

[7] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁橋[M].北京:人民交通出版社，2004.

[8] 彭道富，武登銀，翁為軍，等.李子溝特大橋合龍段施工技術[J].鐵道標準設計，2001(3):29-31.

[9] 陳 淮,陳鵬飛,李 杰.剛構—連續組合梁橋主梁合龍關鍵技術[J].鐵道科學與工程學報,2015,12(1):113-118.

[10] 劉華為.客運專線多跨連續剛構橋合龍順序對橋墩水平頂推位移影響研究[J].城市道橋與防洪,2015(2):8，44-46.