節段懸澆施工大跨連續梁空間受力特性研究

李超

（廣州京穗勘察設計有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著預應力技術的發展和逐步完善，大跨度預應力混凝土結構連續梁應用越來越廣泛，連續梁橋由于結構在恒載和車載等作用下，中間支點提供了一定的反向負彎矩，使得跨中正彎矩大大減少，且通常情況下負彎矩效應較正彎矩明顯不利。作為超靜定體系的連續梁，如溫度變化、地基沉降以及預加力等均會使結構產生次應力。混凝土結構采用鋼絞線提供預加力效應可以有效避免開裂，能夠充分發揮材料的自身優勢。從其特點來看，預應力混凝土連續梁相比簡支梁橋具有更強的跨越能力，且減少了伸縮縫的使用、超載能力大，剛度大、變形小等優點，在近代橋梁建筑方面，工程實際應用涉獵頗廣。

根據連續梁的受力特點，對于大跨度變高連續梁，邊中跨比值一般取0.5~0.8之間，以盡量使其邊中跨最大正彎矩相等，從而達到經濟的目的。針對變高梁，梁底多采用圓曲線或二次拋物線，折線性則較為少見，同時為滿足受力要求，箱室各板件尺寸多采用變厚度。根據施工特點，常見的有掛籃懸灌施工、整體澆筑施工以及移動模架逐孔施工等，實際施工時需結合現場情況進行合理選取合理。本文著重研究掛籃懸灌施工，由于掛籃懸灌施工需進行掛籃設計，對掛籃質量要求較高。施工時為保證兩側平衡，需要同步同量澆筑，確保兩側受力均勻。現實中，影響施工質量的因素各式各樣，而以其施工工藝最為直接，為保證施工質量，提高現階段工藝水平是該類橋梁更高更遠發展的重中之重[1]。

本文結合工程案例，以（72+128+72）m節段懸澆施工大跨預應力混凝土連續梁為研究基礎，利用邁達斯和BSAS綜合分析懸澆連續梁的受力特性，并相互校核本結構驗算的正確性，同時證明本橋梁結構設計的安全性和合理性。最終希望本文能為類似橋梁提供一定的借鑒價值。

1 工程應用

紹興某一鐵路連續梁橋，構造跨度為（72+128+72）m無砟軌道預應力混凝土單線懸澆連續梁。單線防護墻內側凈寬4.4m，橋面板寬8.5m。

橋梁全長為273.8m（含兩側各15cm梁縫），邊中跨比值為0.563。結構外部尺寸為中支點梁高9.6m，邊支點及跨中標準段梁高4.6m，支座距梁端0.75m，梁高按R=401.031m圓曲線變化。全橋共分71個梁段，A0梁段長14m；一般梁段劃分3m、3.5m、4.0m不等，邊中跨合龍段長均為2m，邊跨現澆段長7.75m。

箱梁采用單箱單室變高度截面。結構頂寬8.5m，底寬6.8m。結構內部尺寸為頂板厚0.5m；底板厚0.5~1m，其中，支點位置加厚至1.766m，邊支點加厚至0.8m；腹板厚則按0.5~0.7-0.9-1.4m折線變化。箱梁端橫梁后2m，中橫梁后2.8m。

標準橋面布置如圖1所示。

圖1 標準橋面布置（單位：cm）

2 設計條件

設計標準為行車速度80km/h；線路情況為單線；軌道類型為無砟軌道；荷載類型為ZK活載；地震等級為Ⅶ度，地震動峰值加速度α=0.05g。

3 材料使用

（1）混凝土：橋梁采用鐵路用C50混凝土，防護墻采用C40混凝土，材料物理指標按鐵路相關規范執行[2]。

（2）鋼絞線：預加力采用標準強度fpk=1860MPa的高強度低松弛φs15.24鋼絞線；且縱梁滿布豎向預應力，其材質采用標準抗拉強度fpk=830MPa的φ25預應力混凝土用精軋螺紋鋼筋。

（3）鋼筋：HPB300、HRB400鋼筋應采用滿足（GB 1449.1—2017）及（GB/T 1499.2—2018）規定的鋼筋[3]。

（4）波紋管：縱向鋼束采用金屬波紋管成孔，豎向預應力則采用鐵皮管成孔；波紋管符合（JG 225—2007）中的規定。計算時取縱向預加力μ=0.23，k=0.0025/m，豎向預加力μ=0.35，k=0.003/m。

4 荷載取值

（1）恒載：混凝土容重γ取26kN/m3；二期：80kN/m，不均勻沉降按2cm考慮。

（2）車載：按標準ZK活載考慮[4]。

5 荷載組合

荷載組合僅考慮恒載和車載的組合作用（車載中含動力作用）。

6 模型簡介

邁達斯采用三維建模，BSAS則采用二維建模；均采用梁單元，預加力采用線單元模擬，兩者通過鋼束預應力進行耦合，其邊界則按常規連續梁體系模擬。圖2、圖3為單元劃分。

圖2 邁達斯三維梁單元建模

圖3 BSAS二維梁單元建模

箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，其中中支點0號梁段在墩頂支架澆筑，其余各梁段采用掛籃懸臂澆筑，施工時須同步對稱澆筑至最大懸臂段，確保梁體縱向受力平衡，之后施工邊跨合龍段，最后施工中跨合龍段，直至成橋狀態。計算時考慮掛籃及附屬設備重不大于最大懸灌節段重量的50%，本文計算時按900kN加載考慮。

7 結果對比

（1）正應力結果對比。根據兩款軟件計算結果，繪制如下全橋模型正應力對比圖（符號方向按邁達斯結果給出，壓為負、拉為正），從結果來看，結構下緣正應力整體趨勢已相當吻合，結構上緣正應力在中支點位置附近略有差異，但整體趨勢相差不大。根據規范要求，運營階段結構不容許出現拉應力，由圖4、圖5可知，本結構設計滿足規范要求[5]。

圖4 上緣正應力對比

圖5 下緣正應力對比

（2）抗裂結果對比。根據抗裂計算結果，結構最小抗裂安全系數整體擬合較一致，于跨中位置附近有所差異。根據規范要求，結構最小抗裂安全系數不得小于1.1，本結構設計最小抗裂安全系數為1.34，滿足現行規范要求。最小抗裂安全系數對比如圖6所示。

圖6 最小抗裂安全系數對比

（3）強度結果對比。根據強度計算結果，結構最小強度安全系數整體擬合較一致，于跨中位置附近有所差異。根據規范要求，結構最小強度安全系數不得小于1.98（1.1×1.8），本結構設計最小強度安全系數為2.35，滿足現行規范要求。最小強度安全系數對比如圖7所示。

圖7 最小強度安全系數對比

（4）豎向變形對比。根據豎向變形計算結果，結構在車載作用下豎向變形擬合相當一致。根據規范要求，結構最小豎向變形不得大于計算跨徑的1/1900，即13200/1900=67.3mm，本結構設計主跨最大豎向變形為26.4mm，滿足現行規范要求。車載作用下豎向變形對比如圖8所示。

圖8 車載作用下豎向變形對比

（5）殘余變形對比。根據殘余變形計算結果，兩款軟件在計算收縮徐變上有所差異，整體趨勢基本一致，且殘余變形幅度較小，整體結果相差不大。根據規范要求，無砟軌道最大豎向殘余變形不得大于20mm，本結構設計主跨最大豎向殘余變形為2.54mm，滿足現行規范要求。恒載作用下豎向殘余變形對比如圖9所示。

圖9 恒載作用下豎向殘余變形對比

8 結果分析

（1）根據以上描述的計算結果，全橋在恒載+車載作用下均處于受壓狀態，達到了設計基本預期的要求。

（2）根據上述結構的應力、強度、抗裂和豎向剛度的對比結果來看，兩款軟件擬合較好，相互驗證了兩款軟件計算的正確性；同時證明了本橋梁結構設計的安全性和合理性。

（3）從上述結構十年殘余變形的結果來看，兩款軟件計算上還存在一定的差異，但整體相差不大，符合規范要求。

9 結語

選取一個合適的軟件能夠大大降低橋梁設計難度，提高工作效率。本文結合工程案例，提供了邁達斯和BSAS兩款軟件在設計節段懸澆施工大跨連續梁中的各性能指標結果對比。從結果來看，兩款軟件均具有一定的優勢，且兩者擬合較好，互相驗證了彼此的正確性，同時證明了本橋梁結構設計的安全性和合理性。此外，兩款軟件于殘余變形計算上仍有所差異，但整體相差不大，在結構設計上，均值得采用。對于相對復雜的橋梁，為確保結構安全，仍建議通過軟件之間的相互校核來達到想要的目的。最終希望本文能為類似橋梁提供一定的借鑒價值。