連續梁橋合龍段施工方案優化分析

劉 廣

(山西省公路局晉城分局，山西 晉城 048000)

0 引言

連續梁橋合龍段施工會對橋梁主梁的變形和受力產生一定程度的影響，應合理制定施工方案降低影響。做好合龍段精度控制，是實現連續梁橋結構體系轉換的關鍵。在懸臂主梁各節段澆筑施工過程中，單獨的T構受負彎矩荷載，合龍后橋梁結構由懸臂狀態轉變為固結狀態，主梁受力狀態也逐步發生變化。采用不同的施工方案進行連續梁橋合龍段施工，主梁的變形和受力存在一定的差異。采用MIDAS/CIVIL軟件建立梁單元模型，對采用不同施工方案進行合龍段施工后的橋梁主梁撓度、成橋橋面頂板應力、底板應力進行計算，對比分析確定最佳施工方案。

1 工程簡介

某特大橋為預應力混凝土懸澆連續箱梁橋[1-2]，主橋跨徑為56 m+3×96 m+56 m，橋梁上部結構采用單箱單室箱梁結構，樁基礎采用鉆孔灌注摩擦樁。主梁頂板厚為28 cm，底板厚為70 cm～30 cm，腹板厚為65 cm～45 cm，在合龍段設置40 cm橫隔板。主梁懸臂澆筑分為13個施工節段，其中0號段長度為5 m，1號～4號施工節段為3 m，5號～6號施工節段為3.5 m，9號～12號施工節段為4 m。主梁合龍段長度均為2 m，次中跨和中跨合龍段采用掛籃施工，邊跨采用滿堂支架現澆施工。

2 連續梁橋合龍段施工方案

為了合理確定連續梁橋合龍段施工方案，從施工技術、施工成本、施工設備、施工難度和施工精度控制等方面綜合考慮，確定了三個施工方案。

方案1：先合龍邊跨，再次中跨，后合龍中跨。邊跨各施工節段現澆完成后搭設邊跨合龍支架、臨時鎖定后進行臨時預應力張拉，澆筑合龍段混凝土，進行預應力張拉，完成第一次體系轉換。進行第二次體系轉換，澆筑次中跨合龍段，預應力張拉。進行第三次體系轉換，澆筑中跨合龍段，預應力張拉，拆除掛籃。這種施工方案技術比較成熟，各個T構所承受的荷載基本相同，受溫度變化影響較小，但施工工期較長。

方案2：先中跨，后次中跨、邊跨合龍。邊跨各施工節段現澆完成后，上中跨吊架、臨時鎖定后進行臨時預應力張拉，澆筑合龍段混凝土，進行預應力張拉，完成第一次體系轉換。進行第二次體系轉換，澆筑次中跨合龍段，預應力張拉。進行第三次體系轉換，搭設邊跨合龍支架、澆筑邊跨合龍段，預應力張拉，拆除支架。與方案一相比，這種方案一次施工工作面多，需要使用掛籃的數量多，要求能配備足夠數量的施工人員，但施工速度較快。

方案3：先邊跨，再一次合龍次中跨、中跨。邊跨各施工節段現澆完成后搭設邊跨合龍支架、臨時鎖定后進行臨時預應力張拉，澆筑合龍段混凝土，進行預應力張拉，完成第一次體系轉換。進行第二次體系轉換，澆筑次中跨、中跨合龍段，預應力張拉，第三次體系轉換，拆除掛籃。這種施工方案可以多點同時施工，互不干擾，但對支架受力不利。首先進行邊跨合龍施工，待邊跨合龍段混凝土達到一定強度后，進行中跨鎖定，解除主梁部分臨時約束后進行中跨合龍段澆筑。中跨合龍段混凝土澆筑應在低溫下進行，以降低溫縮應力[3]。

3 不同施工方案主梁線形和應變結果分析

采用MIDAS/CIVIL軟件建立梁單元模型，將橋梁主梁分為116個結構單元，連續梁橋有限元設計模型如圖1所示。

模型建立邊界條件為：連續梁橋支座節點建立在主梁底部，并對支座節點約束進行定義，將支座節點與主梁節點采用剛臂連接。施工現場邊跨采用滿堂支架進行現澆施工，因此模擬支撐形式采用滿堂支架。采用一般方式定義邊跨永久滑動支座，主墩永久支座采用剛性連接。采用MIDAS/CIVIL軟件進行有限元模擬分析時，掛籃重量為600 kN，養護齡期為7 d，合龍段共5塊橫隔板，每塊重132 kN。二期恒載為80 kN/m，公路Ⅰ級汽車荷載。為了分析各設計方案下橋梁通車后主梁應力和應變的變化情況，擬對通車三年后撓度、應力、應變的變化情況進行分析，以確定最優施工方案。

3.1 主梁撓度模擬分析

采用MIDAS/CIVIL軟件模擬計算成橋三年后主梁撓度變化，三種合龍段施工方案主梁部分節點撓度變化曲線如圖2所示。

分析圖2所示三種合龍段施工方案主梁撓度變化曲線，三種方案撓度變化趨勢基本一致。三個方案最大撓度均出現在中跨，其中方案2撓度最大，撓度最大值為54.68 mm，方案1和方案3分別為53.75 mm和53.34 mm，三種方案最大撓度相差不大，且均滿足設計與JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范的要求。三種方案主梁最大撓度均出現在合龍段附近，方案2撓度最大，其他兩種方案撓度值接近，說明施工荷載對合龍段線形影響較大，對其他部位影響較小[4]。

3.2 成橋頂板應力模擬分析

成橋三年后頂板應力模擬計算結果如圖3所示。

分析圖3所示三種方案成橋頂板三年后的頂板應力計算結果，成橋應力變化較大的部位位于各跨跨中，其中方案2頂板最大應力值最小，為11.90 MPa，方案1和方案3分別為11.93 MPa和12.46 MPa，且均滿足設計與JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范的要求。三種方案成橋頂板最大差值為1.03 MPa。

3.3 成橋底板應力模擬分析

成橋三年后底板應力模擬計算結果如圖4所示。

分析圖4成橋三年后的底板應力變化曲線，全橋底板應力最大的部位為次中跨和中跨部位，其他部位底板應力相對較小。方案2底板最大應力出現在次中跨位置，為13.43 MPa，方案1和方案3底板最大應力比較接近，均位于中跨位置，分別為12.22 MPa和12.24 MPa，且均滿足設計與JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范的要求。三個方案成橋底板應力相差最大值為1.11 MPa，位于中跨位置。

3.4 合龍段方案選擇

連續梁橋合龍段施工應從施工工期、施工設備、施工成本等多方面綜合考慮，結合施工現場情況、結構內力、線形計算結果進行優化分析，合理確定施工方案。雖然以上三種方案模擬分析得出的主梁應力與應變結果均滿足設計與規范要求，三個方案撓度最大值均出現的主梁合龍段，成橋頂板應力最大差值為1.03 MPa，底板應力最大差值為1.11 MPa。方案2的主梁撓度值最大，且成橋底板應力也較大，如果先進行中跨合龍段施工，材料運輸難度比較大，掛籃拆除難度也較大，故方案2不推薦。

先進行邊跨合龍段施工，便于進行材料運輸，也便于進行施工設備吊裝施工。方案1與方案3相比，主梁最大撓度值、成橋底板最大應力值比較接近，成橋頂板最大撓度略低于方案3。方案3的技術優勢是次中跨與中跨同時合龍可以縮短工期，但需要投入更多的施工設備，對合龍精度要求也較高。方案1相較方案3，施工工期較長，但可減少施工設備的投入、對施工精度要求也較低，施工技術已經比較成熟。因此，綜合考慮方案1和方案3的技術優勢，應優先考慮方案1，在工期緊張時可考慮采用方案3進行合龍段施工[5-6]。

4 結語

結合連續梁橋施工案例，采用MIDAS/CIVIL軟件進行有限元模擬分析，結合模擬分析結果得出以下結論：

1)方案2主梁撓度最大值出現在中跨合龍段，最大值為54.68 mm，分別較方案1和方案3高0.93 mm，1.34 mm，說明中跨合龍段受施工荷載影響較大，其他部位較小。

2)方案3成橋頂板最大應力值最大，方案2最小，三種方案成橋頂板最大差值為1.03 MPa。

3)三個方案成橋底板應力相差最大值為1.11 MPa，位于中跨位置，其中方案2成橋底板最大應力值最大。

結合施工現場實際情況，綜合分析模擬分析結果，方案2成橋撓度最大，不宜采用，方案3雖然可縮短工期，但對精度要求較高，方案1施工技術最成熟，可節約施工成本，應作為最優方案。