多跨連續剛構橋合攏段若干關鍵技術分析

(西華大學土木建筑與環境學院 四川 成都 610039)

預應力混凝土連續剛構橋是一種將混凝土連續梁橋的橋墩與其上部結構(梁)固接，而形成的一種橋梁結構形式。它延續了混凝土連續梁的受力特點，并結合了T型剛構橋的受力特點，使其廣泛應用于高墩大跨橋梁中。預應力混凝土連續剛構橋除了具有連續梁橋的優點以外，其墩梁固接的結構使其在后續的使用和維護過程中，節省了大量的工作量及費用，并且改善了橋梁在水平荷載(如地震作用)下的受力狀況，大大提高了橋梁的使用性能。大多數的連續剛構橋采用懸臂施工的方法來修建，懸臂施工法是先建成橋墩，在橋墩的頂部沿著橋梁跨徑的方向，逐步左右對稱施工的方法。懸臂施工的關鍵階段在其體系轉換問題，即合攏段的施工；本文主要講述幾個多跨連續剛構橋合攏段的關鍵技術。

一、連續剛構橋合攏段的幾個關鍵問題

(一)連續剛構橋頂推力

對于采用懸臂施工的連續剛構橋，在懸臂施工中，受梁段自身重力，混凝土收縮、徐變等因素的影響會產生較大的位移，橋梁的線形會受到影響；合攏前橋梁處于一個靜定結構，合攏后為超靜定結構，橋梁的線形和受力情況受位移的影響較大。為了減少在施工階段產生的位移，我們可以在連續剛構橋的中跨合攏時，施加一對反向的水平頂推力，這樣可以使橋墩產生反向的位移，一來可以抵消懸臂施工時產生的梁體水平位移，二來可以抵消后期梁體的收縮、徐變等因素帶來的橋梁水平位移和附加的結構次內力。(連續剛構橋合龍頂推力的確定)

(二)連續剛構橋豎向壓重

大部分連續剛構橋在懸臂施工時，在合攏階段時進行豎向壓重是一個必不可少的工序。由于橋梁在合攏前后，結構體系會發生轉換，我們需要在合攏前使橋梁的結構體系變得合理，前一部分的頂推力就是其中一種措施；我們在合攏階段使用豎向壓重的方法的原因有多種，一在合攏前的梁體懸臂澆筑中，會使在合攏段的梁體標高與設計標高不一致，我們需要施加外力使其達到設計標高；二在澆筑中跨合攏段時，為了保證兩個懸臂端的梁體穩定，我們需要提前施加澆筑的這個重量，在澆筑時邊澆筑邊調整施加的豎向壓重，從而可以使橋梁保持穩定；三對梁體和墩的應力有較大的改善，合攏前和合攏后結構體系得到改變，受力更加復雜，如果在合攏前通過豎向壓重將橋梁的結構受力調整到一個可以使成橋階段受力合理的狀態，對今后由于混凝土徐變和橋梁使用狀況等因素引起的橋梁次內力和撓度，有著很好的改善。(PC連續剛構橋施工中豎向壓重強制合龍對成橋后結構的影響分析)

(三)連續剛構橋合攏順序

多跨連續剛構橋采用懸臂施工方法的時候，首先會形成多個T構結構，然后就進行中跨的合攏，逐步形成整體；那么合攏順序的確定也是多跨連續剛構橋合攏段至關重要的一環。多跨連續剛構橋的懸臂施工，從一開始的靜定結構，通過每一次的合攏，超靜定的次數就會增加，橋梁結構的受力更復雜。由于合攏順序的不同，每次合攏引起的內力重分布一樣，對成橋結構的受力影響較大；合攏順序的不一樣也影響著每次合攏施工的難易程度，因為合攏順序的不一樣，合攏段的頂推力，豎向壓重等因素也會隨之改變。多跨連續剛構橋常見的合攏順序有：先邊跨合攏，再次邊跨合攏，最后中跨合攏；先次邊跨合攏，再中跨合攏，最后邊跨合攏；先中跨合攏，再次邊跨合攏，最后中跨合攏等。(連續剛構橋合攏順序的討論)

二、若干關鍵技術的研究方法

(一)頂推力的確定

合攏段頂推力的計算是由我們所需的頂推位移所推導出來的，頂推位移量主要包括合攏前懸臂施工階段造成的縱向位移量δ1、合攏段施工時產生的縱向位移量δ2及成橋后運營階段混凝土收縮徐變所引起的縱向位移量δ3三部分組成。合攏前懸臂施工階段造成的縱向位移量δ1包括懸臂澆筑的混凝土收縮、徐變引起的縱向位移及預應力鋼束張拉所造成的縱向位移；合攏段施工時產生的縱向位移量δ2包括合攏段澆筑時由溫差引起的混凝土收縮造成的縱向位移及底板束的張拉造成的縱向位移；成橋后運營階段混凝土收縮徐變所引起的縱向位移量δ3應不包括在成橋前由于混凝土收縮徐變造成的縱向位移，因在計算時一般按使用年限直接計算出橋梁的混凝土因收縮、徐變造成的位移量，故位移量δ3應按70%計算，并為了避免在成橋時產生較大的縱向位移，位移量δ3還需進行進一步的折減，最終的頂推位移量δ=δ1+δ2+δ3*70%*60%。

頂推位移量確定后，我們可以根據解析法和有限元法推導出相應的頂推力，一般利用有限元法模擬出的頂推力更加精準一點。解析法是根據結構力學里面超靜定結構體系的力法方程為原理，推導出力與位移的關系式。對于連續剛構橋超靜定結構體系，由于混凝土的收縮徐變引起的結構內力重分布和結構的非線性變化，根據解析式法無法得出精確解，因此，我們要需要利用有限元軟件進行，進行有限元建模，得出較精確的解。(四跨連續剛構橋合攏頂推力計算與效應分析)

(二)豎向壓重的確定

關于合攏段的豎向壓重的配重基本原則是保持合攏段澆筑混凝土時梁體的穩定性，避免梁體發生較大的撓動。常見的豎向壓重的設置方法有三種：等量配重法、等位移配重法、等彎矩配重法。等量配重法是指在合攏段澆筑前，在梁體的懸臂端施加與合攏段混凝土等重量的配重，并在混凝土澆筑時，同時等量卸載，從而保證在合攏段施工前后兩懸臂不會產生較大的撓動。等位移配重法是在合攏段施工時兩懸臂端不發生位移為原則，確定豎向壓重的配重和加載位置，但是此方法需要在施工時嚴格控制加載量和加載位置，需要較復雜的計算。等彎矩配重法是指在梁體的懸臂端掛籃所承受的力對于墩頂的彎矩等于豎向配重相當于墩頂的彎矩，此種方法計算比較簡單，但梁體的懸臂端會產生適當的撓動。

(三)合攏順序的確定

對于多跨連續剛構梁橋的合攏順序的確定需要考慮多方面因素的影響，不同的合攏順序，對于施工中的梁體、墩的受力影響比較大，也會影響合攏段頂推力的施加和合攏段豎向壓重的施加。針對不同的合攏順序，我們需要建立不同的有限元模型進行計算，比較在施工工程中出現的最大應力值，以及最大應力值出現的位置，如果最大應力出現在中跨的合攏段，則不利于中跨的合攏施工；橋梁線型也受合攏順序較大的影響。對于不同的實際情況，我們需要比較多種合攏順序下的各種內力及應力及其出現的位置，成橋階段的內力狀況和橋梁的線型；選出最終的合理的合攏順序。

三、總結

對于合攏段的頂推力施加，在施工過程中我們需要對橋梁進行施工控制，當頂推力施加到一定程度，使橋墩頂部縱向位移達到我們的預期值時，可以停止加載，因為理論分析和實際情況總會有些誤差，這點需要值得我們重視。合攏段的豎向壓重也應和頂推力一樣，根據實際情況進行調整，保證合攏段施工順利完成，對于一些合攏段梁體高差過大的情況，我們還需進一步的研究，不能盲目的強行壓重合攏。不同的合攏順序，不僅對橋梁結構有著重要影響，也影響到橋梁的施工進度安排、施工的難易程度以及施工成本，這些影響因素在決定合攏順序時也應該考慮進去。連續剛構橋懸臂施工時，合攏段施工的這幾個關鍵性問題還需值得我們繼續去研究，現階段的解決方案還需要繼續得到完善。