基于支架法施工的連續梁橋力學行為分析

呂亞超

中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710000

預應力混凝土連續箱梁橋整體穩定性好、抗扭剛度大，變截面形式可以充分發揮混凝土的抗壓性能，可減輕自重，節省材料，增大橋梁跨度，提高行車舒適性。經過長期發展，預應力混凝土連續梁橋施工工藝成熟，施工方法靈活，支架法因場地適應性強、支架形式多樣、施工簡單高效而被廣泛應用。

文章結合某上跨道路預應力混凝土連續梁工程，提出采用鋼管貝雷滿堂支架法施工，首先對全橋進行有限元結構響應分析，以掌握橋梁的應力和變形特點，針對最不利工況分析支架在主力及附加力等效荷載作用下的結構安全性，并進行施工線形監控。

1 全橋有限元分析

1.1 建立有限元模型

主橋跨徑布置為（40+70+40）m的變截面連續箱梁，上部結構采用支架現澆跨越道路。為了全面掌握連續梁的力學行為特征，采用Midas建立全橋有限元模型，分析支架施工過程中混凝土澆筑、預應力張拉、長期收縮徐變等因素對主梁內力和位移狀態的影響，以準確了解連續梁各施工階段力學特點，為支架設計提供理論依據。

主橋離散為梁單元，合攏前墩梁固結，合攏后體系轉換，墩梁鉸接。按照實際施工工況順序施加結構恒載及活載內力，考慮溫度效應及基礎沉降影響，全橋有限元模型如圖1所示。

圖1 全橋有限元模型

1.2 結構響應分析

（1）溫度荷載作用。在溫度梯度和系統溫度作用下主梁的豎向位移變化如圖2、圖3所示。溫度作用下主梁中跨跨中位移變化明顯，溫度梯度較系統溫度影響大，梯度升溫和系統升溫均較降溫作用明顯。梯度升溫作用下，主梁跨中位移最大達到2cm。

圖2 溫度梯度作用下的主梁豎向位移

圖3 系統溫度下的主梁豎向位移

（2）荷載組合作用。成橋階段主梁在最不利荷載組合的作用下，即在恒載+活載+溫度梯度+系統溫度組合作用下的豎向位移如圖4所示，主梁應力如圖5所示?？缰形灰谱畲筮_到5.75cm，跨中應力最大達到1.87MPa。施工完成后主梁在自重和二期恒載作用下影響基本形成，列車荷載按最不利影響方向加載，考慮最不利溫度影響，主梁跨中易出現拉應力，因此對支架法施工提出嚴格要求。

圖4 荷載組合作用下的主梁豎向位移

圖5 荷載組合作用下的主梁應力

2 鋼管貝雷支架有限元分析

考慮主梁對支架的變形要求，支架采用剛度較大的鋼管柱+貝雷梁主體形式，建立有限元模型，如圖6所示。鋼管樁底部固結，分配梁連接處采用彈性鉸接，貝雷梁銷軸連接處釋放梁端約束，均不傳遞彎矩。高鐵橋梁對線形平順要求嚴格，因此在設置貝雷梁跨度時跨度不宜過大且應準確計算跨中撓度，從而為精確控制模板標高提供依據。

圖6 鋼管貝雷支架模型

貝雷梁桿件以承受軸力為主，弦桿、豎桿、斜桿最不利軸力計算結果如圖7～圖9所示，弦桿最大軸力為170.2kN（小于560kN），豎桿最大軸力為184kN（小于210kN），斜桿最大軸力為170.9kN（小于171.5kN），故貝雷梁受力滿足要求。

圖7 弦桿軸力圖（單位：kN）

圖8 豎桿軸力圖（單位：kN）

圖9 斜桿軸力圖（單位：kN）

貝雷梁變形圖如圖10所示，由圖10可知，貝雷梁整體最大豎向相對變形△L=10.6mm（小于9000/500），因此變形滿足要求。

圖10 貝雷梁變形圖（單位：mm）

貝雷梁自身撓度變形對主梁一次澆筑成型不利，因此通過計算得到的貝雷梁豎向變形可在滿堂支架搭設過程中通過頂托予以調節，精確控制主梁線形，滿足主梁預拱度設置要求。

3 線形監控

在理論計算分析的基礎上對結構施工過程進行監控，確保結構施工安全，使主梁成橋內力和線形符合設計要求。支架法施工過程中，主梁澆筑順序、澆筑后主梁混凝土初凝至終凝強度不斷變化的過程，以及施工荷載變化等各種施工及環境因素均會影響支架受力。針對支架受力變形的不確定性，需加強各施工階段的監測，減小施工及測量誤差，根據自適應原則進行實時調整與控制。

根據全橋受力變形特點，綜合考慮理論計算撓度值、支架預壓沉降值、長期收縮徐變及活載效應，設置主梁成橋預拱度。同時，施工過程中結構受環境溫度變化、混凝土齡期、預應力張拉施工等影響，主梁節段標高需要隨時監測。以主梁成橋線形狀態為導向，考慮已澆筑梁段線形、支架變形及下一梁段施工對前一梁段控制截面影響，設立施工預拱度，形成施工立模標高。

通過對各節段主梁標高進行監測得到實測主梁標高與設計主梁標高對比圖，如圖11所示。由圖11可知，成橋線形與設計線形吻合較好，合攏精度控制在2cm以下，說明理論計算與實際參數基本相符，結果可靠。

圖11 實測成橋標高與理論值比較

4 結論

文章通過對連續梁橋支架法施工力學行為進行分析，得到了如下結論：（1）溫度變化對主梁跨中變形影響明顯，僅梯度升溫作用下跨中位移變化2cm，其中溫度梯度較系統溫度影響大，且梯度升溫和系統升溫均對相應降溫影響大；（2）成橋階段主梁最不利工況作用下跨中撓度為5.75cm，主梁易出現拉應力，支架貝雷梁跨度為9000mm時滿足強度要求前提下跨中撓度達到10.6mm；（3）考慮主梁滿足成橋狀態需要設計預拱度，同時考慮支架變形等施工預拱度，監測結果顯示成橋線形良好，合攏精度在2cm以下。