考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術研究

摘要：為了克服傳統連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率低、造價高的缺點，提出了考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術。以連續鋼構橋梁主拱圈的1/4截面為例，計算連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積，根據連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積變化情況，計算出單位長度內連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積的換算容重。將其作為一項評價指標，對連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性進行分析。利用支撐結構驗算的方式，計算連續剛構橋梁0號塊中所有微元對接頭處的力矩，以連續剛構橋梁0號塊預應力筋面積為基礎，對續剛構橋梁0號塊預應力筋進行計算，結合連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序設計，完成連續剛構橋梁0號塊的懸澆施工。實驗結果表明，考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術，不僅可以提高連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率，還可以降低施工成本。

關鍵詞：支撐結構驗算;連續剛構橋梁;懸澆施工;施工技術

0" "引言

橋梁建設代表著國家的綜合實力，體現了國家的經濟水平與生產力水平，是社會進步的標志之一[1]。在橋梁建設過程中，復雜的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術顯得尤為重要，它涉及的工藝與工序非常多，比如混凝土澆筑、混凝土鋼筋綁扎、預應力合攏控制、臨時腳手架的計算、現場結構的搭建、管道的有序對接以及橋梁線性監控等[2]。

盡管目前國內在剛構橋梁懸澆施工方面取得了一定成績，但隨著社會的發展，人們對橋梁施工質量的要求越來越高，工程結構變得越來越復雜，出現的問題也越來越多，這些存在的問題有待于在實踐中探索和解決。我國的連續剛構橋梁技術是目前橋梁工程的核心技術之一[3]，而橋梁0號塊懸澆施工技術作為連續剛構橋梁施工的常用方法，是當前國內外學者對于橋梁施工技術研究的重點。

李寧等人[4]為了研究連續剛構橋梁的懸澆施工技術，以黃河大橋副橋為例，構建連續剛構橋梁實體仿真模型，根據對波形鋼腹板施力，研究懸澆施工技術的最大承載能力，并對橋梁內鋼筋混凝土進行取樣研究其分布狀態。仿真試驗結果表明，連續剛構橋梁懸澆施工技術適用于橋梁施工建設。陳建平等人[5]基于支撐結構驗算，對連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術進行研究。其利用支撐結構驗算方法，對傳統的高墩大跨連續剛構橋梁荷載測試，根據位移角度記錄不同抗荷載信息，再利用連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術建立高墩大跨連續剛構橋梁模型，利用三臺階梯法，對其進行荷載試驗。通過對試驗結果進行對比，得出以下結論：基于支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術建筑的橋梁，結構更加安全可靠。

1" "連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術設計

1.1" "分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性

連續鋼構橋梁0號塊懸澆施工過程中，由于混凝土懸臂澆筑的體積過大，會導致混凝土模板的變形不容易被控制[6]，模板截面的尺寸出現比較大的偏差，與設計的基本狀態之間存在較大出入。如果模板在剛度性能方面的控制效果良好，也會由于混凝土配合比不同出現容重誤差，造成與設計值之間出現出入。本文按照合適的比例，增大混凝土的容重計算，根據以往的研究基礎，考慮到連續鋼構橋梁拱圈的截面尺寸變化以及混凝土容重指標的影響進行研究。

本文以連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面作為研究對象，橋梁的主梁截面關于雙軸對稱，因此只考慮1/4截面來分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性，如圖1所示。

假設連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積為A，計算公式如下：

A=4·（tw+uv+tv+C）" " " " " " " " " " （1）

式中，tw表示①號塊的面積，uv表示②號塊的面積，tv表示④號塊的面積，該值是不變的，為此倒角處③號塊和⑤號塊的面積基本不會發生變化，兩塊的面積都是C。

當△u、△v、△t和△w等參數的變化量比較小時，就存在的關系，可表示如下：

（2）

根據的關系，可以得到如下結果：

dA=4（tdw+wdt+tdv+vdu）" " " " " " " " （3）

△A≈dA連續鋼構橋梁主拱圈混凝土在實際懸澆施工過程中，模板側面的剛度完全可以抵抗混凝土的側壓力。由于連續鋼構橋梁主拱圈的中腹桿構造被取消[7]，頂板地模很難抵抗混凝土的濕重，從而導致底模出現變形，可以令dw=0，dv=0，那么連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積的變化量為：

dA=4（wdt+tvdu）" " " " " " " " " " "（4）

由于dt=△t，du=△u，因此在計算連續鋼構橋梁主拱圈截面混凝土超方量時，主要考慮①號塊和②號塊截面豎向尺寸的增量△t和△u[8]。

要想保證混凝土容重計算的準確性，必須考慮到連續鋼構橋梁主拱圈中普通鋼筋的用量[9]，以此計算連續鋼構橋梁主拱圈的換算容重。在單位長度內，換算容重的計算公式如下：

（5）

式中，ρ'表示連續鋼構橋梁主拱圈的換算容重，ρ表示素混凝土的容重，A表示連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積，G表示鋼筋含量。

如果連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積發生不均勻變化，那么換算容重的計算公式如下：

（6）

如果連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積發生均勻變化，那么換算容重的計算公式如下：

（7）

根據連續鋼構橋梁主拱圈的1/4截面，計算連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積。利用連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積的變化量，計算連續鋼構橋梁主拱圈在單位長度內的換算容重，以此作為評價指標，分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性。

1.2" "計算連續剛構橋梁0號塊預應力筋

為了精確計算出連續剛構橋梁0號塊的預應力筋，從連續剛構橋梁0號塊的k號節段上選取一個微元，質量大小為ds·γ·Ax，利用支撐結構驗算的方式，計算連續剛構橋梁0號塊中所有微元對接頭i的力矩讓如下：

（8）

式中，γ表示容重，Ax表示拱肋的截面面積，ξi·" "表示接頭處與橋梁拱頂之間的距離，ξ·" "表示微元與連續剛構橋梁0號塊拱頂之間的水平距離。

在連續剛構橋梁0號塊中，對公式（8）進行簡化，得到公式如下：

（9）

與Mis的計算原理相同，計算出連續剛構橋梁0號塊中節段k的自重，計算公式如下：

（10）

參數η和K的計算方法如下：

（11）

（12）

其中，L表示連續剛構橋梁0號塊拱肋的計算跨徑，f表示連續剛構橋梁0號塊拱肋的計算矢高，m表示拱軸系數。

選取連續剛構橋梁0號塊中第k號節段進行分析。對于接頭來講，連續剛構橋梁0號塊中節段k的自重、臨時荷載等，對接頭處產生的彎矩如下：

Mi=Mis+Mip" " " " " " " " " " " " " " "（13）

Mip=∑Pik Xik" " " " " " " " " " " " " " " " " " nbsp; " " " " " （14）

基于公式（13）和公式（14），可以計算出自重、臨時荷載對接頭處截面上緣產生的應力如下：

（15）

式中：Mi表示彎矩，Mis表示節段k的自重對接頭處產生的彎矩，Pik表示其他荷載，Xik表示Pik與接頭i之間的水平距離，Ii表示抗彎慣性矩，yo表示接頭截面中心與上緣之間的距離，Vi表示豎向反力，θi表示水平傾角，Ai表示截面的凈面積。

根據接頭處截面上緣應力[10]，可以計算出連續剛構橋梁0號塊預應力筋的面積，其公式如下：

σi=σo1+σo2+≤[σi]" " " " " " " " " " （16）

式中，[σi]表示混凝土容許的計算面積。

利用支撐結構驗算的方式，計算連續剛構橋梁0號塊所有微元對接頭的力矩，根據續剛構橋梁0號塊預應力筋的面積，計算連續剛構橋梁0號塊預應力筋。

1.3" "設計連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序

連續剛構橋梁0號塊懸澆施工方案設計前，先完成橋梁的臨時支墩和扣塔設計，利用橋梁各拱座的現澆施工[11]，完成臨時支墩，具體步驟如下。

Step1：臨時支架設計，對1號段進行支架安裝，利用鋼筋混凝土模板，預留預應力管道，然后對1號段進行現澆施工，完成第1節拱肋[12]。

Step2：等第1節拱肋內的鋼筋混凝土完全堅固后，進行預應力筋張拉及錨固，拆除臨時支架，完成橋梁懸臂。

Step3：在第1節拱肋末端進行掛籃施工，完成第2節拱肋的現澆施工。

Step4：待第2節拱肋內的鋼筋混凝土完全堅固后，對其進行預應力筋張拉及錨固。

Step5：移動掛籃施工，重復以上步驟，直至完成5個臨時支墩。

對連續剛構橋梁0號塊進行懸澆施工過程中，必然會產生較大的預應力筋拉力與壓力[13]。對于鋼筋混凝土材料結構，實施懸澆施工技術過程中，只有保證預應力筋值控制在標準值之內，才能保證整個橋梁的施工安全。否則超出標準，將直接影響橋梁的質量。結合目前國內的懸澆施工技術與實際案例分析，采用控制預應力筋的方法對續剛構橋梁0號塊進行懸澆施工，可以保證拱肋的拉應力在可控范圍內，從而保證橋梁施工的安全性。

參考先完成橋梁的臨時支墩和扣塔設計[14]，完成連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序的設計，保證鋼筋綁扎的凈距不大于40mm，構建臨時結構搭設模型如圖2所示。

在對連續剛構橋梁0號塊進行懸澆施工，按照以下步驟完成施工程序的設計。

Step1：將5節拱肋預應力筋連接后，在第5節拱肋進行掛籃施工。

Step2：安裝受壓支座，為5節拱肋提供支撐體系。

Step3：對連續剛構橋梁0號塊進行墊梁施工。

Step4：完成上述操作后，對橋梁進行線形監控，按照臨時結構設計澆灌方案，在預應力筋值在可控范圍內，利用掛籃對連續剛構橋梁0號塊進行懸澆施工。

在完成對連續剛構橋梁0號塊懸澆施工后，實心澆筑扣塔上方的5節拱肋，以保證橋梁主要受力點在臨時支墩上，防止橋梁的整體受力能力受到影響[15]。與此同時，在后續對連續剛構橋梁0號塊懸澆施工過程中，要將5節拱肋的彈性進行壓縮。圖3和圖4展示了臨時支墩截面圖與扣塔設計的截面狀況。

綜上所述，通過分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性，采用支撐結構驗算的方式計算了連續剛構橋梁0號塊預應力筋，結合連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序設計，完成了連續剛構橋梁0號塊的懸澆施工。

2" "實驗對比分析

為了驗證考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術的可行性，引入文獻[4]的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術和文獻[5]的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術，將二者進行對比，從施工效率和施工成本兩方面進行測試。3種連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術的施工效率測試結果如圖5所示。

從圖5的結果可以看出，隨著施工工況復雜程度越來越大，3種連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術的施工效率也越來越低?？紤]支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術在施工之前，分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性，避免荷載問題對連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率造成的影響，從而大大提高了連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率。3種連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術的施工成本測試結果如圖6所示。

從圖6的結果可以看出，受到施工工況復雜程度的影響，花費的成本也越來越大?？紤]支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術，由于設計了連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序，節省了一些不必要的花銷，從而整體降低了連續剛構橋梁0號塊懸澆施工成本。

3" "結語

為了克服傳統連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率低、造價高的缺點，提出了考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術。通過分析連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性，采用支撐結構驗算的方式計算了連續剛構橋梁0號塊預應力筋，結合連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序設計，完成了連續剛構橋梁0號塊的懸澆施工。以連續鋼構橋梁主拱圈的1/4截面為例，計算連續鋼構橋梁主拱圈的截面面積，根據連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積變化情況，計算出單位長度內連續鋼構橋梁主拱圈箱型截面面積的換算容重。將其作為一項評價指標，對連續剛構橋梁0號塊的荷載敏感性進行分析。利用支撐結構驗算的方式，計算連續剛構橋梁0號塊中所有微元對接頭處的力矩，以連續剛構橋梁0號塊預應力筋面積為基礎，對續剛構橋梁0號塊預應力筋進行計算，結合連續剛構橋梁0號塊懸澆施工程序設計，完成連續剛構橋梁0號塊的懸澆施工。研究結果顯示，考慮支撐結構驗算的連續剛構橋梁0號塊懸澆施工技術，不僅可以提高連續剛構橋梁0號塊懸澆施工效率，還可以降低施工成本。

參考文獻

[1] 周平，宋東澤，黃智雄，等.變截面連續剛構橋梁0號塊托架設計[J].施工技術， 2020， 49（S1）：1255-1257.

[2] 王海偉，朱瑞允.池州長江公路大橋副通航孔剛構橋0號塊施工關鍵技術[J].世界橋梁， 2018， 46 （5）：41-45.

[3] 趙雙喜.京張鐵路跨京藏高速公路掛籃懸澆施工技術[J].施工技術， 2019， 48（S1）：1184-11186.

[4] 李寧，盧勇，陳成，等.波形鋼腹板連續梁橋錯位法懸澆施工技術適用性研究[J].中外公路， 2018， 38（1）：145-147.

[5] 陳建平，何能方，周平.大斷面隧道下穿既有高墩大跨連續剛構橋施工技術[J].鐵道建筑， 2018， 58（10）：52-55.

[6] 朱小金，楊敏，吳建軍，等.南沙大橋東涌互通主線二橋模架懸澆跨線施工技術[J].橋梁建設，2020（2）：117-121.

[7] [田輝，李玉樓，陶張志，等.盤龍河3號大橋懸臂澆筑施工關鍵技術控制[J].公路， 2018， 63（10）：119-122.

[8] 代鴻明.懸臂澆筑連續梁施工\"四定位\"技術研究[J].施工技術，"2018（S1）：1097-1099.

[9] 王睿.高原山區大跨度鐵路拱橋施工關鍵技術[J].橋梁建設，"2020， 50（1）：105-110.

[10] 莊艷偉，楊彪，程永志.波形鋼腹板連續剛構梁橋施工技術[J].筑路機械與施工機械化， 2020， 37（1）：87-90.

[11] 張爭鵬，唐世強，牛延軍.高墩懸澆裝配式托架施工技術[J].公路交通科技（應用技術版）， 2019： （9）：124-125.

[12] 丁麗榮，徐鳳銀.寬幅懸澆箱梁施工工藝及質量控制淺析[J].公路交通科技（應用技術版），2019：（2）：163-166.

[13] 張春林.橋梁工程中懸澆連續梁施工工藝的應用探析[J].公路交通科技（應用技術版）， 2019， 15（3）：220-223.

[14] 韓洋.大跨鋼筋混凝土箱拱懸澆掛籃設計與計算[J].中外公路，"2019， 39 （5）：146-148.

[15] 林南昌，丁兆峰，陳舜東，等.甌江特大橋懸澆施工過程斜拉索索力張拉控制技術[J].鐵道建筑， 2019， 59（4）：49-52.