連續剛構橋邊跨現澆段施工方案對比研究

作者簡介：黃柳雪（1987—），工程師，研究方向：公路工程。

摘要：文章以某連續剛構橋邊跨現澆段施工工程為研究背景，通過運用有限元軟件建立連續剛構橋施工和運營兩個階段分析模型，并針對三種不同邊跨現澆段施工方案的施工特點、受力狀態以及變形機理展開對比分析。結果表明：邊墩托架現澆法（方案一）和墩頂吊架現澆法（方案二）在兩個階段主梁的受力狀態、應力變形以及成橋線型變化機理基本一致;無邊跨現澆段施工法（方案三）在兩個階段的主梁應力變形與方案一和方案二大致相同，在主梁受力狀態和成橋線型方面要優于方案一和方案二。研究成果證明了無邊跨現澆段施工方法在連續剛構橋邊跨現澆段施工中的可行性和適用性。

關鍵詞：連續剛構橋;邊跨現澆段;施工方案;受力狀態

中國分類號：U445.57A421534

0 引言

橋梁工程中常見的邊跨施工方法有邊跨托架法、墩頂吊架法以及落地支架法等，但由于受到地形條件、橋梁跨徑以及橋梁高度等因素的影響，傳統的邊跨施工方法逐漸無法適應特殊橋梁的設計要求，因此深入研究特殊橋梁邊跨的施工方法具有重要意義[1-2]。

目前，國內外對橋梁邊跨現澆段施工方法展開了大量研究[3]。[CS]如朱忠民等[4]提出了采用掛籃配合蓋梁支架施工的新方法，通過數值模擬分析了新老施工方案橋梁施工過程箱梁應力與變形，證明了新施工方法的可行性。趙建祥等[5]驗證了在山區復雜的地形地勢、過渡墩較高的情況下，采用邊跨現澆段非對稱施工的可行性以及優良效益。 宋寶起[6]針對不對稱懸臂施工對梁體累計位移的影響進行參數分析，根據分析結果對施工過程中的線形控制重點提出了建議。[CS]陳穎[7]總結了邊跨直線段鋼管支架法施工的技術要點，為今后同類工程的施工提供一定參考。李世藝[8]介紹了連續剛構橋邊跨現澆段貝雷支架法的設計與施工技術，并通過貝雷支架受力驗算，驗證了該橋貝雷支架法施工的合理性。由于地形條件的差異性，經優化設計后的傳統邊跨施工方法對于許多高橋墩和長跨徑橋梁依然存在一定的局限性。基于此，本文提出了一種新的連續剛構橋邊跨現澆段施工方法，并針對施工特點、受力狀態以及變形機理與兩種傳統邊跨施工方法進行了比較，論證了無邊跨現澆段施工的可行性和適用性，可為今后類似橋梁工程邊跨施工研究提供借鑒。

1 工程簡介

本文以某三跨預應力混凝土結構連續剛構橋為施工案例，該橋布置跨徑為（85+160+85） m，橋面寬18.5 m，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，車道設計為雙向四車道，荷載等級為公路Ⅰ級。該橋上部結構箱梁由兩個“T”構組成，單個“T”構懸臂節段分為19個梁段進行現澆，其中0#梁段采用托架施工方法，現澆長度為10 m，懸臂梁段采用掛籃逐塊對稱澆筑的施工方法，1#～4#單個梁段現澆長度為3 m，5#～7#梁段為3.5 m，8#～12#梁段為4 m，13#～19#梁段為4.5 m，累計懸臂長度為74 m。邊跨現澆段采用邊墩托架現澆施工方法，現澆長度為4.82 m，3個合龍段現澆長度共計6 m。橋梁立面布置如圖1所示。

2 施工方案設計

2.1 施工方法

連續剛構橋邊跨直線段常用的施工方法主要有邊墩托架現澆法和墩頂吊架現澆法，兩種施工方法的技術水平和設計研究已經相當成熟，且在橋梁工程中得到了廣泛應用。本文為優化連續剛構橋邊跨現澆段施工方法，提出了一種新的邊跨現澆段施工設計方案，即無邊跨現澆段施工法，通過對比分析該方案與兩種傳統方案的施工特點以及受力和變形機理證明該方案的可靠性和適用性。三種方案具體施工工序如下：

方案一（邊墩托架現澆法）：（1）布置墩頂托架完成0#塊節段澆筑;（2）采用掛籃懸臂逐塊對稱澆筑懸臂梁段，依次張拉對應預應力鋼束;（3）在邊墩搭設托架完成邊跨直線段澆筑;（4）按先邊跨后中跨的順序依次合龍，并在合龍段張拉對應預應力鋼束;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

方案二（墩頂吊架現澆法）：（1）懸臂梁段澆筑與方案一相同;（2）先中跨合龍，并搭設邊跨吊架;（3）完成邊跨直線段與中跨合龍段澆筑，并在合龍段張拉對應預應力鋼束;（4）合龍邊跨后將吊架移除，并對全橋進行合龍;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

方案三（無邊跨現澆段施工法）：（1）懸臂梁段澆筑與方案一相同;（2）搭設合龍吊架，完成中跨合龍;（3）邊跨掛籃向前推進完成下一節段澆筑，并張拉對應預應力鋼束;（4）邊跨掛籃向前推進完成邊墩墩頂節段澆筑，并張拉對應預應力鋼束，對全橋進行合龍;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

3 施工特點

根據對不同邊跨施工方案的工藝和工序內容的分析，從不同角度對三種施工方法的施工特點進行了綜合評估，結果如表1所示。

通過對比三種施工方案的施工特點可知，連續剛構橋采用無邊跨現澆法施工操作更為簡單，設計工藝相對成熟，無須搭設其他輔助設備;施工成本較低，無須增加其他施工材料;成橋時間快，施工工期較短。經綜合分析，采用無邊跨現澆法施工相對于其他兩種施工方法更適合該剛構橋邊跨現澆段施工。[JP]

4 建立模型

通過運用有限元軟件Midas Civil建立連續剛構橋數值模型，分別模擬采用三種施工方案進行邊跨現澆段施工過程，模型中共包含191個單元，其中主梁單元95個，橋墩單元96個。全橋有限元模型如圖2所示。

模型中主梁和橋墩均采用梁單元模擬，上部結構主梁箱梁材料采用C55混凝土，下部結構橋墩材料采用C50混凝土，預應力鋼束采用標準強度為1? 860 MPa的低松弛高強度鋼絞線。計算分析時荷載作用主要考慮結構自重、人群活載;溫度荷載作用考慮整體升降溫±15? ℃;支座不均勻沉降取值-1 cm;收縮徐變作用按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTC D62-2004）要求考慮未來運營十年的影響。混凝土及預應力鋼絞線材料參數分別如表2、表3所示。

5 結果與分析

為研究不同施工方案對連續剛構橋受力和變形的影響，通過運用數值分析軟件模擬三種邊跨現澆段施工方案成橋過程，并針對施工階段和運營階段連續剛構橋主梁關鍵截面的受力及變形的變化規律進行對比分析。主梁關鍵截面單元號如圖3所示。

5.1 施工階段主梁受力及變形分析

5.1.1 撓度分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關鍵控制截面撓度變化曲線如圖4所示。

根據圖4可知，三種施工方案中主梁梁端節點撓度值相同，采用邊跨施工方案一和方案二在施工階段主梁各關鍵截面撓度變化趨勢基本保持一致，這說明兩種施工工藝較為成熟的邊跨施工方法對主梁撓度的影響較小。采用方案三的主梁各關鍵截面撓度變化整體大于方案一和方案二，其中方案三靠近邊墩節點和跨中節點撓度值相對較大，這對于主梁結構線性要求是有利的，因此無邊跨施工方案對于橋梁線型而言相對較優。

5.1.2 應力分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關鍵控制截面上、下緣應力變化曲線如圖5所示。

根據圖5可知，三種施工方案在施工階段主梁上、下緣各關鍵節點均受壓應力作用，不同邊跨施工方案中主梁上緣壓應力變化趨勢基本一致，除跨中節點方案二和方案三主梁受到的壓應力稍大于方案一外，三種施工方案的主梁下緣應力整體變化趨勢大致相似，其中方案一在靠近邊跨節點和跨中節點主梁下緣受到的壓應力存在一定差值，但相差不大。由此可知，三種邊跨施工方案對施工階段主梁應力的影響不大。[JP]

5.1.3彎矩分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關鍵控制截面彎矩變化曲線如圖6所示。

根據圖6可知，三種邊跨施工方案在施工階段主梁各關鍵節點彎矩變化趨勢大致相似，基本沿主梁跨中節點呈對稱分布，這說明采用三種方案施工橋梁均處于受力平衡狀態，其中方案三主梁跨中節點彎矩值要比方案一和方案二大。由于主梁跨中截面彎矩較大有利于橋梁整體受力平衡，因此采用無邊跨現澆段施工對于橋梁受力要優于方案一和方案二。

5.2 運營階段主梁受力及變形分析

5.2.1 撓度分析

通過模擬三種邊跨施工方案運營過程，并針對運營十年后主梁關鍵控制截面撓度變化情況進行對比分析，結果如圖7所示。

根據圖7可知，在運營階段三種施工方案主梁撓度值均以跨中節點為中心呈對稱分布，采用邊跨施工方案一和方案二時，主梁各關鍵截面撓度變化趨勢基本保持一致，方案三的主梁各關鍵截面撓度變化整體大于方案一和方案二，其中方案三靠近邊墩節點和跨中節點撓度值相對較大，這對于主梁結構線性要求是有利的，因此無邊跨施工方案對于運營階段橋梁線型而言相對較優。

5.2.2 應力分析

通過模擬三種邊跨施工方案運營過程，并針對運營十年后主梁關鍵控制截面應力變化情況進行對比分析，結果如圖8所示。

根據圖8可知，在運營階段三種施工方案主梁上、下緣各關鍵節點均受壓應力作用，不同邊跨施工方案主梁上緣壓應力變化趨勢基本一致，除跨中節點方案二和方案三主梁受到的壓應力稍大于方案一外，三種施工方案的主梁下緣應力整體變化趨勢大致相似。其中，方案一在靠近邊跨節點和跨中節點主梁下緣受到的壓應力存在一定差值，但相差不大。由此可知，三種邊跨施工方案對施工階段主梁應力的影響不大。

5.2.3 彎矩分析

通過模擬三種邊跨施工方案運營過程，并針對運營十年后主梁關鍵控制截面彎矩變化情況進行對比分析，結果如圖9所示。

根據圖9可知，在運營階段三種邊跨施工方案在主梁各關鍵節點彎矩變化趨勢大致相似，基本沿主梁跨中節點呈對稱分布，說明采用三種方案施工在運營階段橋梁仍處于受力平衡狀態，其中方案三主梁跨中節點彎矩值要比方案一和方案二大，因此采用無邊跨現澆段施工對于運營階段橋梁受力要優于方案一和方案二。

6 結語

本文提出了一種連續剛構橋新的邊跨現澆段施工方法，并針對施工特點與兩種施工工藝較為成熟的施工方法進行了比較，論證了無邊跨現澆段施工的可行性和適用性。同時，采用數值模擬的方法，對比分析了三種邊跨施工方案連續剛構橋主梁受力和變形的變化規律，得到以下主要結論：在施工階段和運營階段，邊跨施工方案一和方案二主梁的受力狀態、應力變形以及成橋線型變化機基本一致，方案三在這兩個階段的主梁應力變形與方案一和方案二大致相同，但在主梁受力狀態和成橋線型方面要優于方案一和方案二。研究成果可為類似連橋梁工程邊跨現澆段施工設計提供參考。

參考文獻：

[1]張春新，胡 軍，謝紅躍.武漢青山長江公路大橋主橋邊跨結合梁施工技術[J].橋梁建設，2019，49（1）：1-6.

[2]李春躍.橋墩鋼模板在連續梁邊跨現澆段支架中的應用[J].建筑技術，2017，48（6）：642-644.

[3]黃宗茂.淺談掛籃在連續梁邊跨施工中的應用[J].建材與裝飾，2019（13）：247-248.

[4]朱忠民，盧治國，姚吉友，等.高墩剛構橋邊跨掛籃配合蓋梁支架施工法及施工階段受力分析[J].公路工程，2017，42（4）：191-193，203.

[5]趙建祥，張 虎.高墩剛構橋邊跨現澆段非對稱施工技術研究[J].中外公路，2017，37（2）：121-125.

[6]宋寶起.非對稱懸臂施工大跨度連續剛構橋設計研究[J].鐵道標準設計，2017，61（4）：70-74.

[7]陳 穎.淺談高墩連續鋼構橋邊跨直線段鋼管支架法施工技術[J].四川水泥，2018（11）：113-114.

[8]李世藝.貝雷支架法在連續剛構橋邊跨現澆段施工中的應用[J].西部交通科技，2018（5）：109-112.

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