吉林市白山大橋連續梁合攏順序及勁性骨架方案研究

肖海龍

摘要：本文依托白山大橋連續梁合攏段施工項目，對連續梁合攏段施工技術進行了分析及研究。詳細闡述了合攏段氣溫變化時軸力計算、降低軸力措施、勁性骨架設計、臨時鎖定方案、施工配重方案、施工要點等，為其它項目連續梁的合攏段施工提供參考作用。

Abstract： Based on the construction project of the continuous beam closing section of Baishan Bridge， this paper analyzes and studies the construction technology of the continuous beam closing section. The axial force calculation， the reduction measures of axial force， the stiff skeleton design， the temporary locking scheme， the construction weight scheme and the construction points are discussed in detail in the closed section temperature， which provides reference for the construction of the continuous beam of other projects.

關鍵詞：懸澆連續梁;合攏段施工;勁性骨架設計;臨時鎖定

Key words： continuous casting continuous beam;construction of closed section;design of stiff skeleton;temporary locking

中圖分類號：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0102-03

0 ?引言

懸澆施工的預應力混凝土連續梁在施工及運營期間均不對橋下結構物、交通及凈空造成妨礙，使得橋梁的連續梁結構得以廣泛運用。隨著技術的進步及經濟的發展，連續梁也向著大跨度、大尺寸方向發展。對于懸澆連續梁而言，合攏段的施工技術要求高，難度較大，是連續梁成橋的關鍵環節，合攏段的施工需確保成型后的線型，及實現連續梁恒載等內力分布合理，降低各項次內力的不利影響。作者在白山大橋的施工中對連續梁合攏段施工工藝及技術進行了分析及研究，制定了降低溫差軸力的措施、勁性骨架設計及施工方案等，以確保合攏段的施工質量。

1 ?工程概況

白山大橋主橋上部結構為58m+90m+90m+58m分幅式單箱雙室變截面連續箱梁，橋墩主墩分別為Z23、Z24、Z25。連續梁每幅箱梁頂板寬17m，底板寬12m，兩翼板懸臂長2.5m，箱梁頂板設置成2%單向橫坡，梁高在中橋墩處為5.6m，邊橋墩及跨中處為2.5m。

主橋采用懸臂澆筑法施工，共分為72個節段、8個合攏段、4個邊跨支架現澆段，懸臂段采用3對三角形掛籃懸臂對稱施工。

2 ?合攏段施工和體系轉換順序

連續橋梁采用懸臂灌注施工，為保證施工階段的穩定，合攏順序采取先邊跨合攏，結構由雙懸臂狀態變成單懸臂狀態，最后跨中合攏，成連續梁受力狀態。

在合攏段施工過程中，由于晝夜溫差影響，現澆混凝土的早期收縮、水化熱影響，已完成梁段混凝土的收縮徐變影響，結構體系轉換及施工荷載等因素的影響，采取相應的控制措施，以保證合攏段的質量。

3 ?合攏段溫度變化荷載分析及施工方案研究

因合攏段混凝土澆筑至混凝土凝固及張拉預應力筋前，需經歷較長時間，期間外界環境氣溫通常呈現較大變化，外界氣溫變化導致連續梁梁體發生熱脹冷縮。因連續梁為線形結構，熱脹冷縮變形累加值較大，熱脹冷縮使得合攏段兩端梁面距離的拉近或遠離。在合攏段混凝土強度沒有達到足夠強度及張拉預應力筋前，溫度變化使合攏段兩端面產生的位移導致混凝土出現裂縫等病害，從而影響了連續梁結構的安全正常使用。故需對施工期氣溫變化對合攏段混凝土質量的影響進行分析，根據分析結果運用科學有效的應對措施確保施工質量，以下分升溫、降溫兩種情況對連續梁合攏段施工狀況進行分析，以便實施有效措施。

3.1 外界溫度升高時

外界環境溫度升高時，連續梁發生線性膨脹，使得合攏段長度方向空間受壓縮，施工時通常在合攏段內設置剛性的勁性骨架以保持合攏段長度值的穩定，可見勁性骨架承受溫升的軸向壓力，確保未達強度的混凝土不出現壓縮裂縫。

當連續梁在主墩處為固結時，且合攏段內設置鋼性支撐，其長度不可壓縮的情況下，簡化成溫升時連續梁按線性進行膨脹，掛籃懸澆節段斷面大小按平均值，則按式（1）進行溫升膨脹對勁性骨架產生的軸向壓力計算。

式中：N—溫升膨脹產生的軸向壓力;？駐t—溫度升高值;α—線膨脹系數，在兩端受約束時鋼筋及混凝土的取值均是1×10-4;l、lh、lg—分別為合攏段長度、懸澆連續梁節段長度和合攏口處鋼支撐長度;Eg、Eh—分別為鋼筋及梁體混凝土的彈性模量，連續梁采用C50混凝土，其彈性模量取35GPa，鋼筋取200GPa;Ahi—第i段連續梁的平均斷面面積;lhi—第i段連續梁梁長。

查閱吉林市氣候歷史記錄，結合本項目合攏段施工進度安排，預計合攏段混凝土澆筑至張拉預應力筋期間，最高升溫值為18℃，將溫升值及連續梁設計參數代入式（1），計算得最大溫升對勁性骨架產生的軸向壓力達到39306kN。此壓力值非常大，通常的型鋼材料本身及聯結處難以承受，故無法按常規方法設置勁性骨架，需降低溫升對勁性骨架產生的軸向壓力。

本項目進行中間合攏段施工時擬采取如下施工措施以減少溫升壓力：當中跨勁性骨架完成鎖定后，立即釋放Z23、Z25號墩臨時支座的縱向固結，當溫升時，連續梁梁體能夠沿著橋墩支座頂部縱向自由滑移，則勁性骨架承受的軸向壓力采用式（2）進行計算。

式中：N—溫升時的連續梁膨脹使勁性骨架承受的軸向壓力;f—連續梁與支座間的滑動摩阻系數，取值按0.06;Q—連續梁施加于支座上的重量荷載;Ny—合攏段臨時預應力束的張拉力。

3.2 外界溫度降低時

外界環境溫度降低時，連續梁發生線性收縮，使得合攏段勁性骨架承受軸向拉力，導致未達設計強度的混凝土出現受拉裂縫。

當連續梁在主墩處為固結，降溫時，連續梁合攏段承受的軸向拉力也采用式（1）進行計算，拉力值也是非常大，通常的型鋼材料本身及聯結處難以承受。在本項目采取釋放Z23、Z25號墩支座縱向固結的情況下，因降溫而使勁性骨架產生的拉力按（3）式進行計算。

4 ?溫差使勁性骨架承受的軸向壓力計算及勁性骨架設計方案

4.1 降溫荷載分析及采取的抵抗措施

查閱本橋所處的吉林市在合攏段計劃施工期間的外界氣溫變化特征，混凝土澆筑后及強度達到設計要求前，預計連續梁降溫幅度最高為？駐t=8℃。按式（3）計算得降溫對勁性骨架產生的最大軸向拉力為：

通常是設置張拉臨時預應力筋以抵制降溫產生的拉力，由于本項目采取釋放Z23、Z25號墩支座固結的措施，大幅降低了降溫軸向拉力，故不需設置臨時預應力以抵抗降溫拉力，而采取加強勁性骨架承受拉力的能力，以抵抗降溫拉力。同時也減少了施工工序，降低了施工成本。

4.2 降溫荷載分析及采取的抵抗措施

前述試算可知，當按預計最大升溫值為？駐t=18°進行計算，當兩端墩頂固結時，溫升對梁體產生的軸向壓力過大，僅通過剛性支撐難以抵抗，故本項目是邊、中跨合攏施工時，均解除了相應墩頂的約束，使得溫差引起的部分軸向力因梁體與支座間的滑動而得到釋放。梁體因溫差而產生的軸向應力與梁與支座間的摩擦力相等。本項目中跨合攏時勁性骨架所承受的升溫壓力為最大，按式（2）進行計算。將各項數值代入，得：

N=2002.14×26×0.06+0=3123.3kN。

5 ?勁性骨架設計

為了防止合攏段混凝土在張拉預應力筋之前，因外界氣溫變化引起梁體縱向膨脹或是收縮而使得混凝土出現開裂，故需設置勁性骨架。當合攏段完成模板支立、鋼筋綁扎、配重之后，在設計的合攏溫度下將勁性骨架水平桿焊死在預埋鋼板上，完成鎖定，在合攏段張拉預應力前，由勁性骨架承受環境氣溫變化而產生的軸向拉力或是軸向壓力。

本項目采取體外剛性支撐的方式設置勁性骨架，因體外支撐不僅不影響合攏段混凝土澆筑的施工，且其結構利于抵抗連續梁降溫收縮產生的拉力，勁性骨架結構設計如下。

骨架的承載水平桿采用型鋼組合截面，每處水平桿由2根[40a槽鋼對扣而成，項目合攏段共設10處。水平桿長為510cm，在水平桿組合的上部及底部縱向按間隔40cm設置厚度2cm的52cm×20cm綴板，使得水平桿形成承載良好的整體結構。槽鋼水平桿兩端與連續梁節段混凝土表面預埋的鋼板焊接連接，焊接為兩側角焊，焊縫焊腳高度為12mm，有效焊縫長度145cm，預埋鋼板的尺寸為150cm×60cm×2cm（長×寬×厚）。鋼板通過長度20cm的？準20錨筋固定于已澆筑的連續梁節段上，每塊預埋鋼板設置60根錨筋。本項目勁性骨架結構設計如圖1、圖2所示。

6 ?勁性骨架承載檢算

6.1 材料及其參數

勁性骨架承載水平桿采用組合截面，材料為兩根[40a槽鋼對扣而成，如圖3所示，截面系數如圖中所示。

6.2 槽鋼水平桿驗算

槽鋼[40a截面特性：截面面積A=75.05cm2，每米重量q=71.47kg/m，慣性矩IX=19711.2cm4，IY=592cm4。抗壓強度f=180MPa。

組合截面：

IX=2×19711.2=39422.4（cm4）

IY0=2×[592+75.05×（56/2-2.49）2]=98863.1（cm4）

因IX

因水平桿承受軸向壓力，故需進行其桿件穩定性計算。

iy=（39422.4/150.1）-2=16.2

構件長細比λ=l0/rx=210/16.2=13.0<150

查表得縱向彎曲系數Φ=0.986

故[N]=0.986×75.05×10-4×180×106=1331987N=1331.987kN>N=3123.3/（2×10）=156.2kN。

經過承載驗算，可知型鋼組合的水平桿抵抗溫差荷載的能力滿足設計要求。

6.3 托架焊縫驗算

預埋鋼板與水平桿的焊縫焊腳高度為12mm，有效長度1450mm×2，采用單面坡口貼腳焊的焊接形式，焊道等級為二級。根據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）相關規定，焊縫抗剪強度按fWf=160MPa。

則有：

τ=（3123.3×103）/（20×1.45×0.012×0.7）=12.8MPa

焊縫強度滿足承載要求。

以上計算結果表明，勁性骨架結構承受的溫差軸向壓力或拉力的強度滿足安全要求。

7 ?施工注意事項和質量控制要點

7.1 確定施工時間

進行合攏段施工前，需持續進行10d的環境各時段氣溫的測量并記錄，以獲得合攏段施工期間的最高、最低氣溫。結合天氣預報，制定合攏段鎖定、混凝土澆筑的時間方案。

7.2 模板及支撐系統

跨中合攏段施工，采用一個掛籃向形成合攏段施工支架。

7.3 合攏段的配重及換重

合攏段鎖定前，在合攏段兩端的連續梁節段上設置水箱進行配重，每端配重按合攏段混凝土重量的50%，本項目中跨合攏段混凝土量為62.6m3，故每側懸臂端的配重為62.6×26×50%=813.8kN。連續梁端頭設置水箱配重，隨著混凝土的澆筑而卸載相應配重，以確保荷載與成橋后相同。

7.4 勁性骨架鎖定

勁性骨架鎖定前，先將水平桿一端與預埋鋼板焊接固定。達到設計鎖定溫度后，將水平桿活動端臨時固定，立即焊接固定水平桿的活動端，從而完成骨架鎖定。

7.5 合攏段混凝土澆筑

選擇在一天中最低溫度，且日氣溫變化幅度小的時段內進行合攏段的混凝土澆筑。

嚴格按要求進行覆蓋及灑水養護，確保混凝土內部最高混凝土溫、混凝土中心與混凝土表面、混凝土表面與外界的溫差滿足規范要求，不得超過15℃。

為了確保合攏段混凝土澆筑質量，增強合攏段混凝土的與節段梁混凝土面的結合，擬采用微膨脹混凝土，并將設計混凝土強度由C50提高至C60。

8 ?結束語

制定科學合理的勁性骨架結構設計、鎖定方案是連續梁成功合攏成型的關鍵，施工前應進行分析、研究，制定科學合理的施工技術方案。當合攏段兩端橋墩支座與連續梁為固結時，通常氣溫變化引起勁性骨架的軸向壓力或拉力超萬噸，需采取解除相應墩頂固結的方法使溫度產生的軸力降低到型鋼勁性骨架可承受的范圍內，以確保施工質量。

參考文獻：

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