大跨度鐵路V撐連續梁橋施工研究

摘要：以某V形支撐橋梁為研究對象，通過有限元分析軟件Midas Civil進行建模分析，對該橋梁的施工控制、V撐拆除時機以及連續梁合攏方案進行探討。研究結果表明：從V撐受力以及線形的角度出發進行考慮，應在成橋后拆除臨時支墩;先同時合攏兩中跨，再合攏大里程邊跨，最后合攏小里程邊跨為最優方案。

關鍵詞：V撐連續梁;施工控制;合攏順序;合攏方案

0" "引言

V形支撐橋梁因具有輕巧美觀等特點，在各種橋梁中被廣泛應用[1]。該類橋梁除了具備外觀美觀特點外，在結構受力中也有一定優勢。對于有障礙物需要跨越的地形，若橋下凈空受到限制且需要布置跨度較大橋梁時，采用V形支撐橋梁可使計算跨徑及截面尺寸大大減小，使結構穩定性大大提升。此外，該類型橋梁多使用懸臂施工，后期便于維修，競爭優勢較為明顯[2]。

當前，關于V撐連續梁橋施工控制已經有較多的研究。李旺豐通過有限元分析軟件探討了橋梁V形支撐結構在施工時的應力狀況[3];李安對比分析了V形支撐結構的各種施工方法，為該類型橋梁的施工提供參考[4];華龍海等人研究了V形支撐橋梁結構的體系受力情況，提出調整中跨比以控制墩底彎矩的結論[5]。雖然已有較多學者探討了V形支撐橋的結構體系，但對于V形支撐梁施工時的臨時構造以及橋梁合攏問題的研究仍較少，為確保橋梁的施工安全，對其開展進一步研究非常有必要。

1" "有限元分析

某四跨V撐連續梁橋長度約為540m，主梁為預應力混凝土結構，V撐斜腿為鋼筋混凝土結構。采用有限元軟件進行建模分析，通過梁單元模擬主梁和V撐，全橋共有301個節點以及273個單元，以實際施工流程進行模擬，并結合混凝土收縮徐變等進行綜合考慮。

1.1" "橋梁施工靜力分析

1.1.1" "懸臂施工階段主梁應力分析

隨著懸臂長度不斷增加，澆筑混凝土橋梁時的主梁和V撐隨之產生變化。限于篇幅，本文僅列出部分數據。其中0#塊截面應力變化如圖1所示。圖1中，施工階段10表示4#塊混凝土張拉，施工階段20表示9#混凝土張拉，施工階段30表示14#混凝土張拉，施工階段40表示19#混凝土澆筑。

從圖1可以看出，隨著施工進程不斷推進，主梁關鍵截面應力在不斷變化，但均具有較好的受壓能力。對懸臂施工某一階段進行分析可知，混凝土澆筑時，將新澆筑梁段濕重通過集中力的方式作用在前一梁段，0#塊以及1/4主梁均存在負彎矩，且頂底板分別受拉和受壓。該情況與實際相符。

1.1.2" "懸臂施工階段V撐變形分析

對于橋梁施工來講，V撐結構很關鍵。V撐斜腿在具體施工時的變形，不僅會對橋梁線形造成影響，還會對主梁施工和橋梁運營的安全性造成影響。因此在施工控制中，V撐斜腿應力及變形是關鍵所在。本文以V撐斜腿作為研究對象，探討其控制情況，其截面水平位移如圖2所示。

從圖2可知，V撐下根部截面主要為水平位移。其水平位移在懸臂施工時為0，在張拉完中跨預應力后有突變出現。分析認為，在V撐底座轉換體系前臨時固結于承臺，因此沒有水平位移產生。在拆除完臨時固結、轉換完體系之后，V撐底座預應力鋼束在張拉之后出現水平位移。因此其為V撐在橋梁施工中的關鍵階段，必須對V撐下根部截面的水平位移進行嚴格控制。

而對于其上根部截面而言，其豎向位移小于水平位移。豎向位移在懸臂施工時僅有較小的變化幅度。分析認為，V撐上根部截面在懸臂施工時連接于主梁，有著較大的豎向剛度，因此沒有位移出現。在合攏完中跨、轉換完體系之后，水平位移和豎向位移有突變出現，且在10年收縮徐變出現最大值，約有2.15cm和0.17cm的水平和豎向位移。但上根部截面所出現的水平位移，應減去斜腿因下根部截面位移而產生的剛性位移，因此不同于主梁觀測的主要豎向位移，應更加注重對V形支撐結構中水平位移的觀測。

1.2" "線形控制結果分析

連續梁施工周期較長，在混凝土收縮徐變等因素的影響下，主梁的施工標高與其設計值會出現偏差。為確保成橋線形滿足要求，在主梁前端布設如圖3所示測點。得到的梁體走向如圖4所示。從所得結果可以看出，懸臂施工時主梁走向與理論計算值基本一致，誤差均在2cm以下，說明主梁線形符合要求。

1.3" "應力控制結果分析

以該橋梁的主梁為研究對象，采集其頂底板數據，并以兩者的平均值為結果進行分析，其中，受拉表示為正值，受壓表示為負值。應力監測結果對比如圖5所示。

從圖5可以看出，橋梁施工時的應力實測結果和理論值較為接近，頂底板數據均為負值，說明頂底板均在受壓。隨著施工的不斷開展，主梁應力不斷上升。因測量誤差以及溫度等因素的影響，導致應力實測值和理論值存在一定的偏差，但該偏差保持在允許范圍內。

2" "V撐結構倒三角區臨時支墩拆除時機

按照工期要求，采用支架結合臨時支墩的方式施工V撐結構以及0#墩。在施工完0#塊后，將施工支架拆除并將臨時支墩保留到懸臂最大的狀態，如圖6所示。但保留臨時支撐不利于V撐結構的受力狀態[6]。基于此，對比如下3種工況以分析臨時支墩拆除時機：一是張拉完0#塊的預應力鋼束后拆除;二是主梁在最大懸臂狀態下拆除;三是橋梁合攏施工后拆除。

2.1" "不同拆除時機對V撐的影響

對V撐結構和主梁而言，不同時間拆除臨時支墩都會對其受力產生影響。從受力分析的角度上看，臨時支墩拆除時會有反向支撐力作用到支撐位置。以V撐斜腿上下根部截面作為研究對象，測得V撐上根部截面內側應力如圖7所示。

對比上、下根部截面的應力可知，V撐結構的上、下根部截面在懸臂施工時的應力有一定差別。拆除完臨時支墩后應力有突變出現，3種工況下應力基本一致。因此V撐結構中，臨時支墩的拆除最好在成橋后。拆除時需對其速度進行控制，確保可以同時拆除大小里程的臨時支撐，并監控好拆除臨時支墩時的0#塊前端應力。

2.2" "不同拆除時機對主梁的影響

主梁0#塊前端截面應力分析如圖8所示。由圖8可知，拆除臨時支墩對兩者都會產生影響。從應力上看，V撐及主梁截面應力在臨時支撐的設置下均有所減小，但拆除完臨時支墩后應力出現突變，突變后數值和臨時支墩較早拆除時應力基本相似。從線形上看，拆除臨時支墩能夠使成橋和10年收縮徐變的豎向位移均有所減小。拆除臨時支墩的時機不同，對橋梁的應力和線形所產生的影響也不同，在應力方面會產生短期影響，在線形方面會產生長期影響。綜合上述分析可知，對于通過臨時支墩進行施工的V形支撐而言，臨時支墩的拆除時機應較晚。

3" "合攏方案的選擇

對于預應力混凝土連續梁橋而言，其內力和線形受合攏順序的影響較大，當前有多種合攏方式[7]。合攏順序不同，對結構體系轉換順序的影響也有所不同，導致橋梁的內力重分布和次內力情況也會有所不同。合攏方案不僅會對橋梁結構的內力和線形造成影響，也會對施工效率造成影響[8]。基于該橋梁特點，確定如下合攏方案：一是同時合攏中跨，先進行大里程邊跨的合攏，后進行小里程邊跨的合攏;二是先合攏大里程邊跨，后合攏小里程邊跨，最后同時進行中跨的合攏;三是按照從小到大里程的方式進行合攏;四是按照從大到小里程的方式進行合攏。具體施工時，應結合成本和安全性等因素選取合攏方案。

方案一：從受力角度上分析可知，該方案的線形更為平順，在合攏中跨時線形未有較大尖角出現，有合理的應力分布。在成橋階段以及成橋10年階段，主梁上下翼緣均為負值應力，說明橋梁此時保持在受壓狀態。在非對稱澆筑邊跨小里程時已經合攏完中跨，對V撐橋墩穩定性僅有較低要求。從施工周期的角度上看，該種方案同時進行兩中跨的合攏，能夠有效短施工工期。該種方案不足在于需要較多的人員和設備。方案二：從受力角度上分析，該種方案下的V撐橋墩下撓最大，線形條件較差。雖然主梁上下緣均為受壓，但合攏小里程時V撐橋墩需先進行非對稱澆筑，故對V撐橋墩而言需要較高的穩定性。該方案可同時進行大小里程的邊跨施工，能使施工工期大大縮短。方案三：因V撐橋墩需先開展非對稱澆筑，故在成橋時合攏截面的尖角較大。從應力分布上看，成橋10年后大里程下緣有拉應力出現，不利于混凝土受力。從工期上看，該種合攏方案僅有一個工作面，施工周期較長。方案四：該種方案與方案一類似，但因為只有一個工作面，故施工工期較長。結合該橋梁的實際情況進行考慮，在保證橋梁受力的條件下，再結合工期進行考慮，方案一結構受力合理，施工時可多個工作面同時進行，可使工期大大縮短，因此方案一為最合理方案。

4" "結語

合攏方式對橋梁線形和內力有較大影響，由此導致的混凝土收縮徐變和次內力也有所不同。針對所建立的4種合攏方案，考慮到主梁線形和內力以及V撐應力，應先同時合攏中跨，再合攏大里程邊跨，最后合攏小里程邊跨。

參考文獻

[1] 朱榮.預應力混凝土V型墩連續剛構橋分段施工的狀態估計及工程控制[D].合肥：合肥工業大學，2010.

[2] 張凌.連續梁懸臂施工監控技術研究[D].西安：長安大學，2017.

[3] 李旺豐.V 形支撐結構施工階段的空間應力分析[J].北方交通，2008（6）：96-99.

[4] 惠丕. V 形墩連續剛構靜力分析及施工控制[D].西安：長安大學，2011.

[5] 項敬輝，華龍海，趙興中.V形墩支撐橋梁結構體系受力分析[J].中國市政工程，2014（2）：26-28+106.

[6] 田仲初，彭蓉，蔣田勇.高速鐵路大跨度連續梁橋邊跨不設合攏段的溫度效應分析[J].交通科學與工程，2011，27（3）：35-40.

[7] 劉亞非.多跨連續梁橋合攏順序優化研究[D].西安：長安大學，2012.

[8] 郝海峰.多跨預應力混凝土連續梁橋合理合攏方案研究[D].西安：長安大學，2011.