大跨度連續剛構橋施工控制研究

蘆本川

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

懸臂施工法是連續剛構橋梁常采用的施工方法。連續剛構橋梁在懸臂階段和成橋階段的體系不同，在兩個階段受到的外界因素影響也不同，本文主要研究局部溫差對大跨度連續剛構橋梁的影響。

1 工程概況

某變截面連續剛構橋梁全長381 m，橋跨分為4 跨70 m+（2×120 m）+70 m 進行布置。采用單箱室直腹板式箱梁。結合橋梁結構利用Midas/civil 軟件進行建模（圖1）。

橋梁的內力及線形在長期溫差變化作用下將會受到較大影響。由于混凝土傳遞溫度的滯后性，導致溫度場的作用方式為非線性的。若橋梁受到較多約束，在該種作用下將會產生很大的溫度應力，導致混凝土出現開裂。

圖1 變截面連續剛構橋梁模型

2 局部溫差效應影響分析

溫度的影響方式主要有兩種：整體和局部溫差。橋梁在設計階段就已經考慮了整體溫差對結構的影響，但由于局部溫差的作用方式為非線性且其值較大，因此研究溫度效應對結構影響的主要工作是找確定對結構最不利的溫差荷載。我國規范里規定的溫差荷載取值偏低，實際上由于溫度荷載導致的影響力甚至大于橋梁結構受到的車輛荷載的影響。通過對現場橋梁的觀測，將最不利的溫度梯度荷載確定為頂板降溫5 ℃和升溫10 ℃。

3 最大懸臂狀態仿真分析

當不斷增加主梁節段時，主梁的撓度及應力所受到各個參數的影響將不斷增大，本文選取的局部溫度荷載的對象為橋梁的最大懸臂狀態。

3.1 溫度控制

通過有限元模型計算得到的數據如圖2 所示。可以看出：

（1）當太陽直射頂板時，由于底板混凝土較差的導熱性，頂板溫度以10 ℃的差值高于底板，導致頂底板之間出現了10 ℃的溫度梯度。梁體在該溫度梯度的作用下呈現整體下撓的趨勢，梁的端部有最大的下撓值，為-25 mm。

（2）當早上沒有太陽照射時，由于外界氣溫與頂板相互之間直接接觸，導致頂板溫度具有較快的下降速率，但底板的溫度由于存在箱室區的原因而出現較低的下降速率，導致梁體頂板有溫度梯度在為-5 ℃的荷載出現，使其有上撓的趨勢，最大值為12 mm。

綜上可知，主梁的撓度在溫度梯度為10 ℃時就已經達到25 mm，對該橋梁的合龍是否順利以及成橋后能否滿足規范要求而言，已經有了較大的影響，因此，必須在施工以及線形控制時對其加以重視，特別是對于橋梁的合龍施工，需選擇在較低的溫度下進行，將溫度荷載對橋梁的影響降到最低。

圖2 最不利溫度下的撓度變化曲線

3.2 應力控制

線形監控中應力的控制也是較為重要的工作，主梁懸臂狀態下頂板溫度升高10 ℃時的應力增量曲線如圖3 所示，主梁懸臂狀態下頂板溫度降低5 ℃時的應力增量曲線如圖4 所示，可以看出：

（1）當主梁頂板在懸臂狀態下將溫度升高10 ℃時，將會導致使梁體產生下撓，降低了頂板的壓應力而增加了底板處的壓應力，頂底板的應力最大變化量分別為0.5 MPa 和3.0 MPa；可知底板應力的變化在頂板升溫時所產生的影響更大，但應力的變化范圍處于允許值以內。

（2）當主梁頂板在懸臂狀態下將溫度降低5 ℃時，將會導致使梁體產生上撓，升高了頂板處的壓應力而降低了底板處的壓應力，頂底板的應力最大變化量分別為0.5 MPa 和0.3 MPa。

通過上述分析可知，主梁在溫度梯度荷載的作用下不僅會產生豎向撓度，還會影響到頂底板的壓應力。對于0#塊而言該種影響導致其出現尖角，既不連續，產生該種現象的原因主要是墩梁的固結。溫度梯度荷載在頂板處產生了最大值為3.0 MPa的應力變化，主梁所受到的該種影響相對于其所受到的如混凝土自重等的影響而言相對較小，因此只要在施工監控時對其加以控制，即可控制應力處于安全值內。

圖3 頂板溫度升高10 ℃的應力增量曲線

圖4 頂板溫度降低5 ℃時的應力增量曲線

4 成橋后溫度梯度影響仿真分析

上述分析基于未合龍情況。合龍之后橋梁從靜定結構轉變為超靜定結構，由于存在有多余約束使主梁有約束撓曲產生，這時溫度梯度對橋梁的影響已不同，應另作分析。

4.1 溫差對撓度的影響

成橋狀態頂板溫差作用下的變形曲線如圖5 所示。可以看出：

（1）當溫度升高10 ℃時，主梁邊跨上撓中跨下撓，這是由于橋梁存在多余約束導致合龍后出現梁體撓曲，使得邊跨上撓。其上撓達到0.31 mm 的最大值，中跨下撓達到-6.2 mm 的最大值，比上述懸臂階段-25 mm 的下撓最大值小，表明成橋后的豎向撓度所受到局部溫差的影響較小。

（2）當溫度降低5 ℃時，邊跨和中跨具有與升溫時截然相反的撓度趨勢，其中邊跨上撓的最大值為-0.15 mm，中跨上撓的最大值為3.14 mm，比懸臂階段12 mm 的最大上撓值下。

根據上述分析可知，由于合龍后的主梁有多余約束，該種約束限制了梁體在溫度荷載作用下產生的變形，使得梁體撓曲，因此比起懸臂階段該種情況下的溫度荷載對其影響較小。

圖5 成橋狀態頂板溫差作用下的變形曲線

4.2 溫差對應力的影響

成橋階段溫度梯度荷載作用時上下翼緣應力曲線如圖6、圖7 所示。可以看出：

（1）梁體在升溫10 ℃時頂板有下撓的趨勢，增加了上翼緣的壓應力，達到了-7.4 MPa 的最大壓應力；底板有2.6 MPa 的最大拉應力產生。主梁上下緣應力受到局部溫差的影響比起最大懸臂狀態時受到的影響有所增加。

（2）梁體在降溫5 ℃時，主梁有著與升溫時截然相反的變形，該種情況下上翼緣主要受到拉應力的作用，其值可達1.0 MPa；下翼緣主要受到壓應力作用，其值可達到-1.37 MPa。

綜上所述，對于主梁應力而言，溫度梯度荷載對成橋狀態時應力的影響比對最大懸臂狀態時產生的影響要大。主要是因為多余約束導致主梁有撓曲應力產生，并且還有拉應力在某些節段出現，但隨著溫度的變化該拉應力隨之消失。拉應力不允許在連續剛構橋梁上出現，若在連續剛構橋上出現拉應力，將導致混凝土產生裂縫而影響使用壽命。通過上述對主梁應力和局部溫度荷載之間關系的分析控制，在施工監控過程中應以主要影響因素的角度考慮溫度荷載，使其對混凝土還有梁體應力的影響降低。

5 結語

圖6 升溫10 ℃時頂板上下翼緣應力曲線

圖7 降溫5 ℃時頂板上下翼緣應力曲線

研究溫度荷載與連續剛構橋梁線形和應力之間的關系，對主梁結構受溫度荷載影響的程度進行定量分析，得出結果：①當橋梁處于懸臂階段時，對于主梁的應力而言，局部溫差影響較小。但該階段對于主梁的線形而言，溫度荷載的影響較為明顯，因此進行立模標高的確定時，應對局部溫差所產生的影響進行充分的折減考慮；②鑒于橋梁合龍后的體系為超靜定的，對于主梁的撓度以及應力而言，溫度效應會有較大影響，因此，為保持成橋后的質量應定期監測橋梁。