不同施工設計方案對連續剛構橋主梁及橋墩受力影響研究

丁振亞，王占魯

中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290

為了提高橋梁建筑質量，我國研究機構推出了連續鋼結構橋梁。該結構橋梁不僅繼承了“T”形剛構橋的優勢，即受力點分布均勻，而且承接了連續梁橋的抗彎能力。由此看來，這種新型橋梁結構具有良好的負彎矩能力?？紤]到連續剛構橋項目施工容易受多因素影響，為了確定最佳施工方案，文章選取橋墩受力和橋主梁受力作為測試指標展開影響試驗研究。

1 工程簡介

文章以某橋梁建設工程為例，通過設計三種不同的施工方案展開測試分析。該工程采用連續剛構橋建設方案施工，主要分為三部分，即S1 聯、S2 聯、S3 聯。其中，S1聯布設4 個橋墩，間距為26m；S2 聯分為3 部分，左側和右側對稱，布設2 個橋墩，兩者間距為60m，左側和右側分別預留38.5m，分別與S1 聯和S3 聯橋面連接；S3 聯與S1聯對稱，布設4 個橋墩，間距為26m。橫橋寬度為21m，選取單箱3 室截面方法作為橋梁的橫斷面。為了加固橋梁，在引橋和主橋位置均采取滿堂支架現澆處理。

2 施工設計方案

為了挖掘一種高質量連續剛構橋施工設計方案，文章設置了三種施工設計方案，對比這三種施工設計方案的橋梁及橋墩穩定性，從中選取一種最佳施工方案，將其作為連續剛構橋施工參考依據。施工設計方案一如圖1 所示。

圖1 施工設計方案一（單位：m）

施工設計方案一：該施工方案選取主橋邊跨位置作為施工縫，沿著施工方向測量26m，布設1 個橋墩，左右兩側施工對稱。其中，中跨長度為65m，在邊跨13m 處布設施工縫。

施工設計方案二：在施工方案一基礎上，對施工縫的位置進行了調整，從邊跨處移動到中跨處。具體設計：在主橋中跨位置布設施工縫，完成滿堂支架現澆工藝施工，并在接縫處設置臨時支點，左右橋梁施工工藝對稱。其中，中跨總長度為68m，沿著施工反方向在其左側和右側13m 處分別布設施工縫。另外，在距離中跨橋墩38.5m處，布設橋墩，左側與右側施工對稱。

施工設計方案三：在施工方案設計二的基礎上，調整了臨時支點位置，從距離中間位置左側15m 處截面移動至距離中間位置右側15m 處位置。具體設計：施工縫與橋墩位置的布設與施工設計方案二相同，在距離右側施工縫5m位置設置新的臨時支點截面布設點，將距離中間位置左側15m 處截面移動至此位置，形成新的施工方案。

3 受力分析模型及試驗方法

該研究選取Midas7.41 作為橋梁結構分析工具，構建橋梁模型，以便對橋梁各個位置受力情況進行分析。橋梁受力分析模型如圖2 所示。

圖2 橋梁受力分析模型

該模型中，主橋的支梁高度為3.1m，邊支梁和跨中梁高度均為1.9m，采用拋物線形狀布設梁底線，布設位置距離墩中心5.8 ～25.3m 距離范圍進行建模，形成2 個拋物線。另外，頂板厚度為0.27m，拋物線與墩中心的距離為0.24m，支梁腹板厚度和跨中腹板厚度分別設置為0.78m、0.49m。

該研究以強度1860MPa 標準進行鋼束布設，橫梁鋼絞線標準為17φS15.3mm，縱橋向鋼絞線標準為13φS15.3mm、17φS15.3mm。

為了便于分析，此次試驗分析按照部分預應力構件進行研究，選取混凝土徐變、混凝土收縮、恒載、鋼束、人群與車道荷載作為研究參數。利用軟件設置不同溫度等參數條件下的影響分析模擬試驗，對橋梁及橋墩受力影響情況展開全面分析。豎向梯度溫度值設定為-7.6 ～-2.8℃、15.4 ～5.73℃兩個荷載環境；均勻溫度的影響分析，設定-17.2℃、15.1℃兩個荷載環境。按照橋梁施工規范分別將施工設計方案一、施工設計方案二、施工設計方案三投入模型分析應用中，分別觀察其對橋梁質量的影響情況。

4 不同施工設計方案對橋主梁及橋墩受力影響

4.1 不同施工設計方案對橋主梁受力影響

按照施工試驗方法，分別模擬三種施工設計方案的施工效果，輸入關鍵參數數值后，軟件操作界面將自動生成施工效果，從而獲取橋主梁影響信息，結果如表1 所示。

表1 橋主梁跨中截面受力統計表

根據表1 中的統計結果顯示，鋼束及結構恒載對橋梁正彎矩影響較大。其中，鋼束1 次對三種施工設計方案造成的影響導致測得的彎矩均為負值，在很大程度上阻止了跨中正彎矩的形成，對提高橋梁的穩定性有較大幫助。當施工進展到鋼束2 次時，3 種施工方案對橋梁穩定性的影響產生差異。其中，施工設計方案二和施工設計方案三均產生了負彎矩，有利于提高橋梁穩定性，而施工設計方案一對此起到反作用，不利于提高橋梁穩定性。因此，鋼束2次對連續剛構橋影響最大，施工設計方案二和施工設計方案三可行。

通過計算三種施工設計方案的跨中距合計值可知，施工設計方案三是三種施工方案中數值最小的施工設計方案，較其他兩種施工設計方案減小幅度最為顯著，其次為施工設計方案二，合計值為7984.24kN·m，而施工設計方案一合計值最大。根據截面下邊緣壓應力的統計分析，施工設計方案三壓應力最大，數值為3.61MPa，施工設計方案一數值最小，兩者差值為1.73MPa，施工設計方案二位于其中，壓應力數值為2.58MPa。

4.2 不同施工設計方案對橋墩受力影響

文章研究的連續鋼構橋自身存在受力情況，因此在研究不同施工設計方案對橋梁施工質量橋造成影響問題時，文章將橋墩受力作為分析指標進行分析。此工藝橋梁2 個墩柱垂直力受恒載的影響產生差異，并且數值差異較為顯著。不僅如此，位于墩頂處的彎距較大，形成的彎矩大小與降溫條件下狀況基本相同，不利于提高結構承載力。而且不同的施工設計方案設置的結構不同，這些施工結構中橋墩受力情況是否會降低承載力值得探究。該研究利用構建好的橋墩模型，將不同施工方案參數輸入其中，從而獲取橋墩受力影響相關數值。不同施工設計方案下的橋墩受力模擬結果如圖3 所示。

圖3 不同施工設計方案下的橋墩受力模擬結果

根據圖3 的模擬結果可知，施工設計方案一產生的橋墩彎矩值為33359.23kN·m，施工設計方案二產生橋墩彎矩值為31522.69kN·m，施工設計方案三產生橋墩彎矩值為31701.23kN·m。由此看來，施工設計方案二與施工設計方案三的應用對橋墩受力影響相近，較施工設計方案一影響小一些。

綜合上述量兩項指標模擬試驗分析結果，施工設計方案二和施工設計方案三均可以作為連續剛構橋建設施工設計參考依據，兩種施工設計方案相同之處為主橋中跨位置布設施工縫。因此，在優化連續剛構橋建設方案時，根據工程所處位置影響因素，設定施工縫與橋墩之間的距離、截面布設位置等參數，以此提高橋梁及橋墩承載力，使橋梁建設工藝水平得以提升。

5 結束語

文章以連續剛構橋施工質量提升問題為研究內容，通過布設三種施工方案，研究橋墩受力和主梁受力情況，從三種施工方案中挑選出有利于提高橋梁承載能力的施工設計方案。模擬試驗結果表明，施工設計方案二和施工設計方案三產生的彎矩為負值，并且對橋墩受力影響較小，因此具有幫助橋梁改善承載能力的作用。