現澆連續梁轉體施工主梁變形分析

摘要：轉體施工在跨越山川、河流、既有線路或既有建筑等障礙物時應用廣泛。結合虞城特大橋連續梁轉體施工工程實例，針對該橋轉體施工過程中主梁的變形特點進行分析。首先確定主梁的設計參數以及施工工藝，然后建立該梁的有限元計算模型，得到階段梁體變形和關鍵部位變形等參數。研究結果表明：在施工階段，現澆段邊跨側的位移始終較小;現澆段中跨側位移普遍較大，在轉體階段達到了最大值;合攏處在轉體階段的位移遠遠大于其他階段的位移，需要給予足夠的重視。

關鍵詞：轉體施工;位移;主梁;計算模型;變形

1" "設計概況

1.1" "工程背景

虞城特大橋跨越隴海鐵路設計采用（60+100+60）m連續箱梁。箱梁全長221.5m，頂寬13.4m，與既有線路夾角為33°。采用單箱單室、變截面預應力混凝土箱梁，中支點截面梁高7.85m，跨中截面及邊跨直線段梁高4.85m。

箱梁底板按圓曲線變化，底板厚0.4～1.2m。頂板厚0.4m、0.5m、0.6m，中間按直線線性變化。腹板厚度分別為0.6m、0.8m、1.0m，中間按直線線性變化。全聯在端支點、中支點及中跨跨中處設橫隔板，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。中支點橫隔板厚2.4m，端支點橫隔板厚1.45m，中跨跨中橫隔板厚0.8m。

1.2" "設計參數

設計荷載按照《鐵路橋涵設計基本規范》（TB10002.1-2005）計算。一期恒載包括結構構件自身質量。二期恒載質量包括鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿墊層、混凝土基座等線路設備自身質量，以及防水層、保護層、人行道欄桿或聲屏障、防撞墻、電纜槽蓋及豎墻等附屬設施質量。相鄰基礎兩支點不均勻沉降不大于0.02m。計算只考慮施工階段受力分析，不計算活載影響。荷載組合分別以主力、主力+附加力進行組合，取最不利組合進行驗算[1-3]。

施工材料包括混凝土、鋼筋、支座等。梁體混凝土強度等級為C50，封端采用強度等級為C50的無收縮混凝土，防撞墻及電纜槽豎墻混凝土強度等級為C40。預應力筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003預應力鋼絞線。錨固體系采用自錨式拉絲體系，張拉采用與之配套的機具設備。預應力管道采用金屬波紋管成孔。采用客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座。

1.3" "施工工藝

施工工序主要包括：現澆轉體T構→鋼管柱貝雷架法現澆邊跨直線段→澆筑豎墻、擋渣墻等梁面附屬設施→解除上、下轉盤之間的臨時固結→兩主墩同時轉體施工→梁體就位后封固上、下轉盤→安裝邊跨合攏段臨時剛性連接構造→在支架上現澆邊跨合攏段→拆除主墩頂臨時固結→臨時約束支座縱向位移→拼裝簡易吊架（懸吊支架）并移到中跨合攏位置→拆除邊跨支架→安裝中跨合攏段處剛性連接構造→用懸吊封閉支架現澆中跨合攏段、養生→中跨合攏段橋面系相關施工及無砟軌道施工[4-6]。

為合理利用施工時間與施工資源，本工程擬定下列工序銜接：轉體主墩墩身施工時進行0#塊支架施工。0#塊施工期間可進行邊跨現澆段施工。轉體施工前進行邊跨、中跨合攏段材料準備。

本文施工階段建模受力分析，主要考慮施工過程中上部結構的受力、變形情況。墩身施工完成后，順既有線方向滿堂碗扣支架現澆轉體部分的梁體，擬分5次澆筑。第一次澆筑長度為22m（0#塊），第二次澆筑16m（1#塊），第3～5次分別澆筑20m。邊跨直線段長9.75m，邊跨及中跨合攏段長均為2m，邊跨直線段、邊跨合攏段采用鋼管柱貝雷片支架現澆施工，中跨合攏段采用封閉吊架法施工[7-9]。

2" "模型建立

采用Midas/Civil軟件模擬施工過程，參照結構的節段劃分、截面變化規律、橫隔板位置等進行單元劃分。主梁共劃分為76個單元、77個節點。單元節點劃分及建模效果見圖1。

根據截面變化情況，參照設計圖建立典型斷面，永久支座參照永久支座布置圖，利用MIDAS/Civil中的一般支撐和彈性連接剛性模擬。根據施工詳細步驟和MIDAS/Civil軟件定義施工階段的特點，將施工過程分為15個階段，進行施工階段變形計算[10-12]。

3" "計算結果分析

3.1" 階段梁體變形分析

選取施工中的5個典型階段進行變形分析，即0#塊現澆階段、轉體階段、邊跨合攏階段、中跨合攏階段以及吊架拆除階段。根據每個階段的受力特點，考察結構變形分布情況，各階段正、負位移極值如表1所示。

由表1可知，梁體截面正位移在吊架拆除階段達到最大值，負位移在轉體階段達到最大值，應對該兩種施工階段予以特別關注。此外，由于吊架拆除階段與中跨合攏階段的正位移、負位移極值均偏大，需要進行特殊設計。

3.2" 關鍵部位變形分析

對主梁在各施工階段的關鍵部位變形進行分析，各階段的變形如圖2所示。對主梁在各施工階段的變形情況進行分析，可以為施工控制提供依據。各階段關鍵部位位移極值如表2所示。

由表2可知：在各個施工階段，現澆段邊跨側的位移始終較小;現澆段中跨側位移普遍較大，在轉體階段達到了最大值;合攏處在轉體階段的位移遠遠大于其他階段的位移，需要給予足夠的重視;主墩處位移在邊跨合攏階段、轉體階段0#塊現澆階段均為0，在其他階段的位移值處于中等水平。

3.3" 主梁變形

施工階段結束時主梁總豎向變形結果如圖3所示。根據主梁在施工荷載下的豎向變形，確定施工預拱度如圖4所示。

由圖3、圖4可知，主梁總豎向變形大致以中跨為中心對稱分布，因此施工預拱度亦呈對稱分布。其中，邊跨現澆段出現豎向變形極值，最大變形值為-15mm，設計時應予以重點關注。

4" "結論

本文結合虞城特大橋連續梁轉體施工工程實例，針對該橋轉體施工過程中主梁的變形特點進行分析。首先確定主梁的設計參數以及施工工藝，然后建立該梁的有限元計算模型，得到階段梁體變形和關鍵部位變形等參數。研究結果如下：

在施工階段，梁體截面正位移在吊架拆除階段達到最大值，負位移在轉體階段達到最大值，應對該兩種施工階段予以特別關注。此外，由于吊架拆除階段與中跨合攏階段的正位移、負位移極值均偏大，需要進行特殊設計。

在各個施工階段，現澆段邊跨側的位移始終較小;現澆段中跨側位移普遍較大，在轉體階段達到了最大值。合攏處在轉體階段的位移遠遠大于其他階段的位移，需要給予足夠的重視。

主梁總豎向變形大致以中跨為中心對稱分布，因此施工預拱度亦呈對稱分布。其中，邊跨現澆段出現豎向變形極值，最大變形值為-15mm，設計時應予以重點關注。

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