高速公路連續(xù)梁合龍施工控制技術研究

摘 要：本文以山東省某連續(xù)梁橋的合龍施工控制技術為研究對象，通過有限元計算模型，驗證了橋體結構在合龍過程中的穩(wěn)定性，并分析了合龍段混凝土澆注后及運營期間橋體上下緣的應力分布情況。研究結果表明，跨中合龍段澆注后，單組鎖定工鋼將產生最大899kN的軸力，主梁邊支點附近截面上緣存在約0.55MPa的拉應力，理論頂推力為4642kN，建議設計采用適當的頂推力值，并在施工流程中明確要求左右幅橋主跨合龍同步進行，保證結構受力合理，為類似連續(xù)梁橋的合龍施工提供重要的參考。

關鍵詞：高速公路；連續(xù)梁；合龍施工

中圖分類號：U 41" " 文獻標志碼：A

高速公路連續(xù)梁橋因其良好的跨越能力、結構穩(wěn)定性和經濟效益，在交通建設中得到廣泛應用。合龍施工是連續(xù)梁橋建設中的最后一道關鍵工序，其施工控制技術的優(yōu)劣直接影響橋梁的最終質量和使用壽命。目前，高速公路連續(xù)梁合龍施工控制主要依據施工控制理論，例如自適應控制法、預測控制法等[1]。孟磊[2]使用有限元分析法等數值模擬技術為施工控制提供了強有力的理論支持。預應力張拉是連續(xù)梁合龍施工中的核心技術之一，雷建華等[3]通過精確控制張拉力和伸長量，實現梁段的預壓應力，提高橋梁的整體穩(wěn)定性。姚健東[4]在施工監(jiān)測中利用無線傳感技術、遠程監(jiān)控技術，提高了施工控制的實時性和準確性。楊磊[5]對合龍段混凝土澆筑時的溫度控制進行了深入研究，選擇晝夜溫差小的季節(jié)施工、采用溫控設備等，保證混凝土施工質量。林巍杰等[6]為減少兩端懸臂受溫度變化的影響，采用勁性骨架將兩端懸臂臨時聯(lián)結，保證合龍段混凝土在凝固過程中不受張拉或壓縮的超應力影響。

1 工程概況

山東省某高速公路（40+60+40）m連續(xù)梁工程，上部結構采用預應力混凝土連續(xù)箱梁，橫斷面為單箱三室直腹板構造。橋體采用掛籃施工，合龍段長2.0 m，通過勁性骨架、張拉臨時合龍鋼束克服溫差效應（升、降溫）產生的水平力，保證合龍段混凝土在強度增長過程中不會被破壞。合龍段勁性骨架主要由主型鋼支撐2I56a和梁體預埋件組成。主型鋼支撐通過錨固鋼板焊接在梁體預埋件上。合龍時產生的力通過梁體預埋件與錨固鋼板間的焊縫傳給主型鋼骨架，然后推動整個梁體自由移動。單T構澆筑7#段、邊跨澆筑直線段后，進行邊跨合龍段施工，邊跨合龍段采用支架形式。當兩個T構均完成邊跨合龍段施工后，拆除臨時固結進行中跨合龍段施工，中跨合龍段施工采用吊架形式。邊跨合龍段鎖定采用“外勁性骨架+臨時張拉鋼束”方案。合龍段兩側節(jié)段施工時須提前預埋勁性骨架連接鋼板。勁性骨架用來連接兩端梁，保證合龍段凈空，防止在澆筑合龍段混凝土的過程中及合龍段混凝土未達到設計強度的養(yǎng)護過程中，出現梁兩端錯動問題，同時用來抵抗合龍段因溫度升高而產生的壓應力及梁體可能錯動而引起的豎向剪應力。

2 數值模擬計算模型

為了驗證橋體結構在合龍過程中的穩(wěn)定性，需要建立有限元數值計算模型，模型如圖1所示。中跨合龍段工鋼鎖定后，工鋼將與左右半跨梁橋連接成整體，形成組合連續(xù)梁橋，并將共同承受中跨合龍段混凝土質量產生的內力。

橋體合龍時，主墩為固定墩，根據圖2計算結果，跨中合龍段混凝土澆注完后，單組鎖定工鋼將產生最大899 kN的軸力，對應的最大正應力為33.3 MPa，主應力呈現軸對稱分布。施工階段主梁上緣未出現拉應力，主梁懸臂根部下緣最大拉應力為0.30 MPa，主梁上緣最大壓應力為12.89 MPa，下緣最大壓應力為15.73 MPa，小于短暫工況的應力限值。出現上述現象的原因包括主墩上梁體隨氣溫升高或降低，導致梁體的伸長和縮短，并使梁體沿縱向產生微小移動，通過合龍段鋼支撐帶動邊跨直線段移動，支線段一部分作用于支架，邊墩墩頂處作用于支座，支架變形產生的水平力及墩頂支座處產生的縱向摩擦力即為鋼支撐的受力，結合上述計算結果，能夠滿足設計及使用要求。

3 合龍段運營期間應力分布

為驗證合龍后運營期間橋體上下緣的應力分布情況，對橋體邊緣應力進行計算，運營前期（不計10年發(fā)生的應力變化）在最不利組合條件下的計算結果如圖3所示，運營后期在最不利組合下（計入10年發(fā)生的應力變化）的結果如圖4所示。根據所得計算結果，運營前期（不計10年發(fā)生的應力變化）在最不利組合下，中支點上緣以及主跨跨中底緣的壓應力儲備分別為0.63 MPa、3.17 MPa，運營后期（計入10年發(fā)生的應力變化），在最不利組合下，中支點上緣以及主跨跨中底緣的壓應力儲備分別為0.20 MPa、0.91 MPa。出現上述現象的原因為邊跨底板鋼束集中在梁端錨固，并且鋼束合力作用點位置過于偏下，導致預應力施加后，梁體上部，尤其是邊支點附近受到的預壓應力不足，而下部則受到較大的預壓應力。這種不平衡的預應力分布導致在外部荷載作用下，邊支點附近截面上緣更容易出現拉應力。隨著時間的推移，預應力混凝土橋梁中的預應力會逐漸損失，包括混凝土徐變、預應力筋松弛、錨具變形等原因導致的預應力損失。這些損失使原本設計的預應力儲備減少，進一步加劇了邊支點附近截面上緣出現拉應力的風險。

同時，無論運營前期或后期，主梁邊支點附近截面上緣均存在0.55 MPa左右拉應力，這是邊跨底板鋼束集中在梁端錨固并且鋼束合力作用點位置過于偏下導致。為避免截面上緣出現拉應力，建議采取以下措施：部分底板鋼束可提前截斷，在邊跨現澆段設齒板錨固，優(yōu)化原設計梁端鋼束布置。

4 合龍后頂推力結算

在全橋合龍后，在預應力次內力以及混凝土收縮徐變次內力的作用下，主墩內產生向主跨方向的水平剪力，頂推力抵消全部的預應力次內力以及50％收縮徐變引起的次剪力，頂推力計算見表1。

計算得到的理論頂推力為4642 kN，設計采用3800 kN的頂推力偏小。建議設計根據計算結果適當調整頂推力。理論頂推力是假設合龍時刻溫度為20℃的情況下，使本橋成橋后保持均衡受力狀態(tài)的理論解。施工中一般要求在溫度相對低時進行主橋合龍，實際合龍時的溫度會與設計假設合龍溫度有偏差，因此，為了消除此偏差對結構受力帶來的影響，保證成橋后的結構狀態(tài)與計算的理想狀態(tài)保持一致，可以通過修正頂推力來實現。施工至合龍前，對主梁實施預頂推1000 kN，測出主墩頂產生的水平位移W，假設合龍時的實際溫度為t1℃，理論頂推力為F理論，則修正頂推力值F修的計算過程如公式（1）所示，計算頂推力為100 t，分布如圖5所示。

5 技術控制措施

橋體上部結構采用分離式，主墩基礎采用整體式，抵抗船舶撞擊力等偶然荷載時有明顯的優(yōu)勢。但左右幅基礎連成一體，因此要求兩幅橋在主跨合龍前施加頂推力這個關鍵工序上必須同時同步，才能保證實際的結構受力與計算模型一致。如果兩幅橋主跨合龍分先后實施，因下部結構的剛度與理論計算存在差異，那么頂推力就無法達到使主墩結構受力均衡的目的，甚至會使主墩的受力不利。建議設計在施工流程圖中明確要求左、右幅橋主跨合龍同步進行，保證結構受力合理。

在邊跨現澆段設置齒板錨固，更有效地將預應力傳遞到梁體上部。齒板錨固能夠提高錨固點的剛度和穩(wěn)定性、預應力的傳遞效率。根據結構受力分析，適當增加預應力筋的數量或增加預應力值，擴大整個結構的預壓應力儲備，有助于降低外部荷載作用下產生的拉應力。在設計階段，需要充分考慮混凝土徐變、預應力筋松弛等因素導致的預應力損失，合理估算并預留足夠的預應力儲備。在橋梁運營期間，要加強監(jiān)測與維護工作，及時發(fā)現并處理可能出現的問題。通過定期檢測預應力筋的應力狀態(tài)和橋梁結構的變形情況，可以評估結構的健康狀況并采取相應的維護措施。

6 結論

在跨中合龍段澆注完后，單組鎖定工鋼產生的最大軸力為899 kN，主梁懸臂根部下緣最大拉應力為0.30 MPa，主梁上緣最大壓應力為12.89 MPa，下緣最大壓應力為15.73 MPa，小于短暫工況的應力限值。主梁邊支點附近截面上緣均存在0.55 MPa左右拉應力，主要原因是邊跨底板鋼束集中在梁端錨固并且鋼束合力作用點位置過于偏下，部分底板鋼束可提前截斷，在邊跨現澆段設齒板錨固。

主墩內產生向主跨方向的水平剪力，計算得到的理論頂推力為4642 kN，可以設計在施工流程圖中明確要求左、右幅橋主跨合龍同步進行，在邊跨現澆段設置齒板錨固，保證結構受力合理。

參考文獻

[1] 王程昆，張運波.不同合龍順序對多跨長聯(lián)波形鋼腹板連續(xù)梁橋施工方案的影響[J].施工技術（中英文），2023，52（18）：23-26.

[2]孟磊.預應力混凝土連續(xù)梁橋合龍方案設計及比選研究[J].粉煤灰綜合利用，2022，36（1）：122-125，139.

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[4] 姚健東.懸臂法施工預應力混凝土連續(xù)梁預埋件及預埋孔位設置及運用技術探討[J].建筑科技，2021，5（3）：50-53.

[5] 楊磊.濮陽特大鐵路連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工技術及應用[J].廣東水利電力職業(yè)技術學院學報，2020，18（4）：29-32.

[6] 林巍杰，湯宇，彭學軍，等.有限元分析軟件在連續(xù)梁線形監(jiān)控中的應用[J].工程建設，2020，52（11）：52-56