合龍順序對連續梁橋成橋狀態影響分析

何春博

（北京建工路橋集團有限公司，北京 100300）

1 引言

隨著我國交通建設的迅猛發展，橋梁建設取得了顯著成就，其中連續剛構梁橋以其優越的結構受力性能、合理的經濟指標和成熟的施工工藝在橋梁建設中占有重要地位，廣泛應用于跨越深谷和江河[1，2]。我國已經成為建造連續剛構梁橋最多的國家，為了節約占用場地，常用的施工方式有懸臂澆筑法和懸臂拼裝法[3，4]。懸臂施工時，橋跨間不需要搭設支架，既不占用河流也不影響橋下正常通行，由0#墩向兩邊對稱澆筑，大大縮短了施工工期。連續剛構梁橋與連續梁橋相比，由于橋墩參與受力，主梁的彎矩比連續梁更小，從而得到更大的跨越能力，因其吊機和掛籃設備可以重復使用，施工費用降低，具有良好的經濟性。目前，在早前修建的連續剛構橋中發現有裂縫和跨中撓度過大的現象[5]，合龍順序是連續剛構橋在懸臂施工過程中重要的一個環節，對橋梁的成橋狀態有明顯的影響[6，7]。劉沐宇等[8]在多跨PC-剛構-連續組合梁的合龍順序研究中發現，單跨的豎向位移最值與全橋的豎向位移最值的位置與合龍順序相關，橋梁成橋后線形也受合龍順序影響。劉志勇等[9]在Y型墩合龍順序研究中發現，先中跨合龍比先邊跨合龍在施工階段最大位移累計增大了400%，并在成橋10a 后兩個工況位移也達到了25mm，且先邊跨后中跨形成的撓曲線較平滑，橋梁受力更均衡。現有文獻表明，連續剛構橋梁的合龍順序對橋梁的成橋狀態確實有影響，但還沒有形成統一的結論，目前還處于探索階段[10，11]。本文將通過設置邊跨對稱-次邊跨對稱-中跨對稱、次邊跨對稱-邊跨對稱-中跨對稱、中跨對稱-次邊跨對稱-邊跨對稱三種不同的合龍順序，分析橋梁的線形和應力，為施工提供參考。

2 工程實例

大橋位于某高速公路直線段上，跨徑組合為75m+3×130m+75m，其布置形式如圖1所示。

圖1 大橋立面示意圖（m）

主梁采用單箱單室三向預應力箱梁，箱梁根部高7.5m，跨中梁高3m，梁高為沿跨徑方向呈1.8 次拋物線變化，頂板寬13m，厚0.28m；底板寬7m，跨中截面厚0.32m，梁底按照1.8 次拋物線變化，橋墩采用雙肢實心墩，橫橋向寬7m，順橋向寬2m，基礎均為樁基礎。工況設定見表1。

表1 工況設定

3 有限元模型的建立

采用MIDAS 8.0有限元建模分析，依據工況分別建立3 種不同的施工階段模型，均采用空間梁單元，每一節段主梁澆筑為一施工階段，間隔12天，考慮預應力鋼束荷載和施工荷載，管道摩阻系數為0.2，局部偏差系數為0.0015，考慮彈性回縮6mm。0號塊長15m，每一現澆節段長4m，合龍段長2m。

邊界條件設置：2#、3#、4#、5#墩梁固結，1#、6#為墩梁鉸接。有限元模型如圖2所示。

圖2 有限元模型

全橋模型劃分為228 個單元，237 個節點。由于橋梁為對稱結構，本文均取主梁的一半作為分析對象。

4 線形比較

4.1 施工過程相鄰節段位移差值

為了加快連續剛構橋施工進度，大多使用懸臂施工法，每個墩形成一個“T”型結構，然后在跨中現澆一個節段進行合龍，形成橋梁整體結構。在多跨連續梁的懸臂施工過程中，后續的施工荷載往往造成已澆筑結構的內力和線形變化。尤其是存在體系轉換的合龍段的施工，合龍段施工作為關鍵工序，對成橋后橋梁的內力和線形有重要的影響，因此在施工前必須通過軟件分析進行施工模擬，施工過程中對各節段進行線形控制，調整各階段立模標高，設置合適的預拱度，使合龍段兩端的線形滿足設計要求。而不同的合龍順序需要設置各階段不同的預拱度，圖3為不同合龍工況下各階段產生的累計位移差。各合龍方案下，合龍段兩側位移差見表2。

圖3 豎向累計位移圖

表2 合龍段兩側位移差 mm

通過圖3和表2分析可知：

①各工況下，各階段變化趨勢基本一致，各跨合龍段豎向累計位移最大，這是由于合龍段兩側的結構形式不同導致，所以施工中應特別注意該節段的預拱度設置。

②工況一對應的合龍方案在主梁邊跨、中跨的合龍段位置處產生的累計豎向位移差最小，由于邊跨跨徑較小，預應力相對不大，其自身的線形變化對相鄰跨影響有限。

③工況二對應的合龍方案在主梁的邊跨、中跨合龍段產生的豎向位移差最大，這是由于工況二的合攏順序中，經過了多次體系轉換，后續的施工荷載對已澆筑的結構多次影響，導致累計位移較大，施工過程中需要采取改變張拉順序或調整立模標高等措施，保證成橋線形平順。

4.2 成橋線形分析

三種合龍方案成橋狀態梁體的線形如圖4所示（不考慮活載），撓度取向下為負、向上為正，各工況代表截面的豎向撓度值見表3。

圖4 成橋主梁撓度圖

表3 成橋后主梁各位置處豎向撓度值 mm

結合圖4和表3中的數據可以得出：

①三種方案中，先邊跨-次邊跨-再中跨的合龍方案各截面的撓度最小，這是由于邊跨合龍過程中，次邊跨可以自由發生變形而抵消預應力。而其他兩種合龍順序過程中，均為超靜定結構與懸臂段合龍，極易產生較大內力導致節段之間位移較大。該施工工序中形成的主梁線形最為平順，也便于施工立模，效果最好。

②方案二和方案三在邊跨產生的豎向位移較大，施工中應特別注意，可以通過調整預應力鋼束的張拉方案、設置頂推力、設置合理預拱度等措施進行抵消，達到設計要求的成橋線形。

5 成橋狀態應力分析

合龍順序對成橋以后的橋梁內力有著緊密的聯系，不同的合龍順序導致施工過程中梁體內力的轉化過程不同，最終使成橋狀態的主梁內力不同，另外橋梁線形通過對預應力管道的線形影響而影響成橋內力。圖5、圖6是不同合龍順序的主梁成橋后的頂、底板的應力，壓力為正值，拉力為負值。各關鍵截面頂、底板應力見表4。

圖5 成橋狀態主梁頂板應力

圖6 成橋狀態主梁底板應力

表4 成橋后各截面頂、底板應力 MPa

比較圖5、圖6和表4各個工況下頂、底板的應力可以得出：

①各工況合龍順序中，截面頂、底板均為壓應力，具有良好的應力儲備。

②各順序方案中，沿梁長方向應力變化規律相似，且張拉順序對最終成橋狀態的應力影響要小于對撓度的影響。

6 結語

經過以上分析，對比了三種合龍方案的撓度和應力結果，得到以下結論：

①邊跨-次邊跨-中跨的合龍順序對施工的過程控制最為有利，線形較好控制，結構成橋受力更為合理。

②對于線形來說，邊跨、中跨的合龍段豎向位移對合龍順序較為敏感，次邊跨-邊跨-中跨的合龍順序需要設置調整立模標高，設置合理的預拱度方便合龍段的施工。

③若不采取措施，中跨-次邊跨-邊跨的合龍方案將在邊跨段產生較大的豎向撓度。

④建議在允許的施工條件下，優先采用邊跨-次邊跨-中跨的合龍方案，若為了施工進度，不得已采用其他合龍方案，需要采取優化預應力張拉方案、設置頂推等措施，保證成橋狀態的線形和內力符合設計要求。