鐵路大跨長聯連續梁橋的合龍順序分析

何 永 義

(中鐵三局集團第六工程有限公司,山西 晉中 030600)

0 引言

多跨連續梁橋由于具有很好的連續性及整體性在橋梁建設中廣泛采用，連續梁橋的合龍需要在線性和受力兩方面滿足設計要求，因此合龍順序對其有直接的影響。關于合龍順序現有的研究主要有：包儀軍等[1]針對一座預應力混凝土連續梁橋對比分析了3種合龍順序對連續梁橋合龍口兩端位移差的影響，得到合理的合龍順序和分批張拉可降低線性控制的難度；陳榮剛[2]以一座六跨連續剛構橋為工程背景，對不同合龍順序的應力增量和變形增量進行分析對比，研究得到對于連續剛構組合橋采用先次邊跨再邊跨最后中跨合龍順序最為合理。陳淮等人[3]以一座五跨剛構—連續組合梁橋為研究對象，針對主梁合龍順序，邊跨現澆段支架拆除時機和主梁中跨合龍段頂推力進行優化分析；唐坤堯[4]針對裕溪河大橋對其進行監控分析，對實測數值和理論數值進行了對比研究；楊陽等人[5]對某三跨預應力混凝土變截面連續梁橋從不同合龍方案引起的混凝土自重，收縮徐變，鋼束次內力引起的成橋內力等方面做了相關研究。以上學者的研究主要集中在剛構橋或跨數較少的連續梁方面，因此對于技術要求指標較高的高速鐵路連續梁橋進行合龍順序優化研究顯得很有意義，本文以京沈客專潮白河特大橋跨潮白河河道(60+4×106+60)m連續梁橋為工程背景，通過建立不同合龍順序下的有限元模型，對該橋合龍方案進行了優化分析，為該類橋梁合龍提供參考。

1 工程概況

京沈客專潮白河特大橋跨潮白河(60+4×106+60)m預應力混凝土連續梁橋，計算跨度為(59.85+4×106+59.85)m，梁全長545.4 m。梁體采用單箱單室箱形截面，箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m，頂板厚度除梁端附近外均為400 mm；腹板厚600 mm～1 000 mm，按折線變化；底板由跨中的400 mm線性變化至根部的1 200 mm，全聯在端支點、中跨中及中支點處共設置11個橫隔板，隔板厚度：邊支座處1.45 m，中跨中0.8 m，中支點處2.4 m，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過，箱梁兩側腹板與底板相交處外側均采用圓弧倒角。中支點處梁高7.85 m，跨中16 m直線端及邊跨15.7 m，直線端梁高4.85 m，梁底下緣按照二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.85 m?？v向預應力選用公稱直徑15.2 mm，抗拉強度標準值1 860 MPa的高強度低松弛鋼絞線，管道摩阻系數為0.26，管道偏差系數為0.003。其中梁體采用C55混凝土，封端采用C55補償收縮混凝土，防撞墻及人行道欄桿底座采用C40混凝土，防水層的保護層采用C40纖維混凝土。

2 有限元模型

采用有限元軟件Midas Civil進行結構分析，順橋為x軸，橫橋為y軸，豎向為z軸。主梁采用的是梁單元模擬，支座采用的是主從約束模擬，全橋共分192個單元和233個節點，有限元模型如圖1所示。

3 合龍方案分析與比選

本文依據大跨長聯連續梁橋的特點，在保證所有施工影響因素(合龍段吊架，合龍溫度，合龍配重)不變的前提下，僅改變合龍順序來研究合龍方案，總共制定4種合龍方案：

1)邊跨及中跨先合龍，次中跨后合龍；

2)次中跨先合龍，邊跨及中跨后合龍；

3)從邊跨至中跨依次合龍；

4)從中跨到邊跨依次合龍。

在施工中，1號～14號梁段采用對稱懸臂澆筑先形成5個T構，即為最大懸臂端，在懸臂澆筑的過程中主要分為兩個過程，包括混凝土澆筑7 d，預應力張拉及掛籃滑移3 d，在形成一個合龍段之后立刻進行體系轉換，以確保結構內力合理分布。

3.1 合龍順序對成橋累計位移的影響分析

線性控制可以保證在理論上，懸臂施工連續梁橋成橋的線性滿足設計及運營要求，在施工中設置合適的預拱度。而預拱度的設置與合龍順序直接相關，不同的合龍順序對應不同的預拱度。采用有限元軟件對主橋在1/2靜活載下的豎向位移及4種方案下的成橋累計位移進行計算，計算結果如圖2～圖6所示。

由圖2可以看出，在最中間兩跨靜活載作用下豎向位移最大，而邊跨則相對較少，次中跨與中跨接近，這是由于中跨及次中跨跨度明顯大于邊跨引起，4種方案成橋累計位移有明顯的差別，其中方案一成橋累計位移最大值為45 mm；而方案二和方案四成橋累計位移最大值則相對較大，達到了139 mm。由于累計位移與預拱度有著直接的關系，累計位移較大則需要較大的預拱度，預拱度反過來又直接影響著線性控制的難易程度，因此，僅僅從設置預拱度的角度來看，方案一是最優方案。方案一與方案二可作為一組對照，方案三和方案四可作為一組對照，發現合龍順序對于成橋的累計位移影響很大，不同的合龍方案，對于合龍段較多的大跨長聯連續梁橋有著很大的影響。

3.2 合龍順序對成橋應力的影響分析

圖7～圖10給出了不同合龍方案下主梁上下緣成橋的應力，無論上下緣應力，方案二和方案四對應成橋應力相對較小，在-6 MPa～-7 MPa之間，4種方案對應的上下緣應力值均滿足要求，都在允許的范圍之內。由于極值點位置相近、應力值相差較小的可以看出，合龍順序對成橋的主梁正應力影響不是很顯著，在確保施工工藝滿足的條件下，主梁的正應力值主要僅僅與結構特性相關。

3.3 合龍順序對建設工期的影響分析

方案一與其他三種方案比較，體系轉化次數分別為1次及2次，方案一在體系轉化全過程中臨時固結解除工序較另三種方案可節省工期3 d～5 d。同時本工程背景所依托的連續梁兩端與(60+100+60)m連續梁相連，邊跨為共用邊墩，其邊跨頂板合龍束及邊跨底板鋼束在箱內單端張拉，針對此種設計，為減少邊跨合龍段鋼束的暴露時間，方案一和方案三先合龍邊跨可確保工序良好銜接，較另兩種方案節省工期10 d～15 d，類似設計工程先合龍邊跨對工期的影響較為明顯。

3.4 合龍方案比選

在以上4種方案中，方案一成橋累計位移最小，因此在橋梁線性控制的時候需要提供的預拋高也就較小，在體系轉換的過程中相應的位移變化也小，而其他幾種方案成橋累計位移明顯較大，在體系轉化中位移變化也大，增加了施工控制的難度，同時由于方案一是先合龍中跨和邊跨，即可以一次性完成體系的轉化，臨時固結可以同時解除，縮短了施工工期，而其他幾種方案則需要兩次的體系轉換，成橋累計位移也較大，相比不是最優方案。由于邊跨現澆段采用托架施工，及早的拆除也可以在一定程度上節省成本，方案一在完成邊跨和中跨合龍后即可完成托架的拆除，很好的滿足了這一要求。從成橋上下緣應力來看，4種方案均可滿足要求，由此可看出合龍方案對與成橋的應力影響不大。綜合來看，方案一是一種最理想的合龍方案，建議多跨長聯連續梁橋的合龍方案可以考慮采用此方案。

4 結語

本文通過對在建京沈客專(60+4×106+60)m預應力混凝土連續梁橋進行不同合龍方案研究，得到以下結論：

1)不同的合龍順序對于橋梁的成橋累計位移有明顯的影響，成橋累計位移直接影響到橋梁的預拋高的設置，合理的設置預拋高可在一定程度上降低橋梁線性施工控制的難易程度。在橋梁建設中，確定立模標高時嚴格依照合龍順序進行計算，且不得輕易改變，否則主梁線性將達不到設計要求。

2)不同的合龍順序對于成橋上下緣的應力影響不明顯，在確保施工工序不簡化的前提下，采用任意一種合龍方案均可使得成橋的應力滿足要求，在規范要求的范圍內。因此進行方案比選的過程中進行重點關注不同合龍方案對成橋累計位移的影響，進行優化比選。

3)(60+4×106+60)m預應力混凝土連續梁橋按照先合龍邊跨及中跨，后合龍次中跨的方案滿足合龍條件的實際情況，且合龍后主梁線性、應力符合設計及規范要求，是最優的合龍方案，可為同類型的橋梁提供一定的借鑒。