長聯大跨混凝土連續箱梁橋懸臂施工合龍方案分析

譚海亮

摘 要：文章以一座8跨長聯懸臂施工的預應力混凝土連續箱梁橋為例，探討了長聯大跨PC連續梁橋的合龍順序對結構的影響。計算分析表明：不同的合龍方案對主梁應力影響有限，但對主梁的累計位移影響較大；長聯大跨連續梁橋，尤其要注意“Π”構單側和“T”構的合龍，會導致成橋線形和主梁應力均有較大的變化，施工時應盡量避免。

關鍵詞：PC連續梁；合龍方案；分析

中圖分類號：U445.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0126-02

Abstract： Taking an 8-span long cantilever prestressed concrete continuous box girder bridge as an example， this paper discusses the influence of the closing sequence of the long span PC continuous beam bridge on the structure. The calculation and analysis show that different closing schemes have limited influence on the stress of the main beam， but have a great influence on the cumulative displacement of the main beam； in building the long span continuous beam bridge， special attention should be paid to the closure of the "Π"structure and the "T" structure， which will lead to great changes in the shape of the bridge and the stress of the main beam， thus should be avoided during construction.

Keywords： PC continuous beam； closure scheme； analysis

預應力混凝土連續箱梁橋具有結構剛度大，變形小，橋面連續伸縮縫少，行車舒適等特點，在橋梁結構中被廣泛采用。合龍段施工是混凝土連續箱梁橋施工的重要環節，尤其在多跨連續梁中，不同的合龍方案對合龍過程中結構內部的應力和梁段標高會產生明顯的影響。合龍時，結構由靜定轉為超靜定，混凝土收縮徐變、預加力等引起結構不同的內力重分布[1～3]。本文以陳家洲湘江大橋為工程背景，探討長聯大跨PC連續梁橋的合龍順序對結構的影響。

1 工程概況

陳家洲大橋上部結構形式為40m+68m+4×100m+68m+40m的8跨預應力混凝土連續箱梁橋，主梁采用單箱單室箱型截面，C55混凝土，三向（縱向、橫向、豎向）預應力體系。每個“T”構分15個節段對稱澆筑，其中0#、1#梁段長10m（2.5m+2×2.5m+2.5m），在托架上澆筑，其他梁段采用掛籃懸臂澆筑，劃分為9×3.5m+5×2.5m。

2 有限元分析模型

2.1 單元離散

采用平面桿系有限元程序FBR_CAL建立模型。全橋共劃分530個節點，510個單元，結構離散如圖1。采用C55混凝土和鋼材的材料參數，混凝土彈性模量取35.5GPa，泊松比為0.1667，密度為2650kN/m3；鋼材彈性模量取206GPa，泊松比為0.3，密度為7850kN/m3。分別按照理想彈性材料和Hognestad等[4]建議的曲線計算鋼材和混凝土應力分布。

2.2 約束、加載與求解

“T”構澆筑時通過臨時固結單元把主梁和橋墩連接起來，支座節點與主梁節點采用剛臂連接，支座處的邊界以及支架、托架與主梁的連接，均按主從節點約束處理。計算模型中的荷載為梁段自重和預應力束力，梁段自重按濕重單元施加，預應力束力等效為節點荷載處理[5，6]。采用修正的Newton-Raphson法求解。

3 計算結果與分析

合龍工序的影響：

本橋為連續梁橋，設有6個合龍口。為探討合龍順序對梁體受力和變形的影響，擬定的合龍工序如下[7～8]：

工序①：從兩邊向中間對稱合龍，即先副跨14#～15#和19#～20#合龍，再次中跨15#～16#和18#～19#合龍，最后中跨16#～17#和17#～18#合龍。

工序②：從中間向兩邊對稱合龍，即先中跨16#～17#和17#～18#合龍，再次中跨15#～16#和18#～19#合龍，最后副跨14#～15#和19#～20#合龍。

工序③：先“T”構合龍成“Π”構，再“Π”構單側和“T”構合龍，即先次中跨15#～16#和18#～19#合龍，再中跨16#～17#和17#～18#合龍，最后副跨14#～15#和19#～20#合龍。

工序④：多跨一起合龍，即先副跨14#～15#和19#～20#、次中跨15#～16#和18#～19#合龍，再中跨16#～17#和17#～18#合龍。

四種不同合龍工序的成橋累計位移、考慮10年收縮徐變影響以及1/2活載影響的預拱度和應力如圖2和表1所示。

分析有限元計算結果得到以下結論：

（1）不同的合龍工序對主梁的豎向位移影響很大，工序③的豎向累計位移達到了-188.6mm和138.4mm，變化幅度大，顯然對主梁的線形控制不利。工序②的成橋累計位移較小，且變化較為均勻，但相比工序①與工序④，在次中跨合龍位置附近出現了反向的豎向位移。工序④為副跨和次中跨一起合龍，合龍后體系轉換復雜，成橋累計位移在次中跨合龍位置附近相差較工序①大，且張拉預應力筋后要同時拆除邊跨現澆支架和墩頂的臨時固結，施工中難以實現。綜合比較，工序①為最優方案。

（2）主梁在不同的合龍工序下絕大部分為全截面受壓，只有工序③在次中跨跨中上緣出現了較小的拉應力，如表1所示。工序①、②、④下的成橋應力差別不大，均可接受。工序③相比其他工序，主梁下緣應力較大，上緣壓應力較小，下緣最大壓應力為14.7MPa，壓應力儲備較小。工序①與工序②均可考慮作為合龍工序。

4 結論

本文以陳家洲長聯大跨PC連續梁橋為例，從成橋線形和應力的角度探討了合龍方案對結構的影響，獲得以下結論：

（1）不同的合龍方案對成橋應力影響有限，但對主梁的累計位移有較大的影響。如本例中工序③的成橋累計位移以及工序②相比工序①與工序④，在次中跨合龍位置附近出現的反向位移。

（2）本例中工序③的合龍方式為先“T”構合龍成“Π”構，再“Π”構單側和“T”構合龍，對成橋線形和主梁應力均有較大的影響。對于大跨長聯連續梁橋，要尤其注意“Π”構和“T”構的合龍，施工時應盡量避免。

參考文獻：

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