大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋合攏段頂推施工控制研究

徐詠梅 劉和平

(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責任公司，河南 鄭州 450052)

1 工程概況

廣明高速某特大橋位于廣明高速公路西樵至更樓段，橫跨西江主干流。全橋全長3.094km，寬33.5m，雙向六車道，設(shè)計時速100km/h，主橋采用(112+200+200+112)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。

箱梁為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，全幅橋采用分離式單箱單室截面。箱頂板寬度為16.38m，底板寬8米，箱懸臂長4.19米，頂板最小厚度為28cm，底板厚跨中30cm、根部120cm，腹板厚50～80cm。箱梁中線處跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段高為4.2米，墩頂0號梁段高為11.6米，箱梁高度和底板厚度從合攏段中心到懸臂根部按1.6次拋物線變化。

2 合龍頂推

2.1 頂推的作用

合龍段是懸臂澆筑施工連續(xù)剛構(gòu)橋梁的關(guān)鍵部位，其施工也是連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的關(guān)鍵工序，懸臂澆筑施工預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋其中最重要的環(huán)節(jié)合龍。由于連續(xù)剛構(gòu)橋是超靜定結(jié)構(gòu)，晝夜溫差的影響、新澆筑混凝土的早期收縮、徐變均要在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，從而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力。對于橋墩較矮的連續(xù)剛構(gòu)橋，或一聯(lián)中主墩剛度相差較大，或者是在非設(shè)計溫度下合龍，均會引起墩身發(fā)生位移造成偏位，產(chǎn)生次應(yīng)力。為了調(diào)整墩身的受力狀態(tài)，使其滿足使用階段橋梁因砼收縮、徐變、降溫等荷載對墩頂內(nèi)力的要求，通常做法是在勁性骨架鎖定前，對懸臂梁段施加一個向外側(cè)的頂推力，調(diào)整墩身的受力，以此來抵消合龍溫差、后期混凝土收縮、徐變效應(yīng)的影響。

2.2 頂推的控制

頂推有兩種控制方法：頂推力和頂推量控制。從理論上來講，兩種控制方法是一致的，頂推力與頂推量是一一對應(yīng)關(guān)系。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計理想狀態(tài)與實際狀態(tài)的差別以及邊跨支座摩阻力等要素的影響，使頂推力和頂推量兩種方法的控制不能完全對應(yīng)，存在一定量值的偏差。

針對合龍溫度引起的不利影響時，宜以頂推量控制，但針對改善橋墩內(nèi)力以及混凝土收縮、徐變角度考慮，宜以頂推力控制。

本文建立模型，以頂推力控制，分析全橋的受力和變形，以期指導(dǎo)施工。

3 荷載處理及計算模型

3.1 根據(jù)相關(guān)資料，荷載取值如下

(1)掛藍荷載。集中力900KN彎矩2700KN·M。

(2)濕重。根據(jù)設(shè)計圖紙去各個節(jié)段的自重和彎矩(為自重×節(jié)段重心到節(jié)段內(nèi)側(cè)距離)。

(3)合攏段施工相關(guān)荷載取值如下：①P1為邊跨合攏段吊架自重的一半，P1=110KN;②P2為合攏段兩端施加的平衡重，大小為合攏段重量的一半，即P2=350KN;③P3為中跨合攏段吊架自重的一半，P3=175KN。

各力的作用點位置如圖1。

圖1 合攏吊架及配重示意圖

(4)勁性骨架溫度：在合攏段砼澆注后分別對勁性骨架施加溫度荷載，勁性骨架整體升溫20℃，整體降溫15℃。

(5)頂推力作用效果加在主跨24#塊25#截面形心處3000KN。

(6)考慮到預(yù)應(yīng)力張拉次序改變，邊跨合攏后先張拉邊跨部分底板束，待到中跨合攏后在張拉邊跨剩余底板束以及邊跨頂板束。

3.2 計算模型

結(jié)構(gòu)按平面桿系理論，采用橋梁綜合程序midas civil進行計算。用平面梁單元將結(jié)構(gòu)離散，根據(jù)橋梁的實際施工過程和施工方案劃分施工階段，建立了左幅和右幅整體有限元模型，下部結(jié)構(gòu)依據(jù)地質(zhì)勘察資料考慮樁土彈簧作用。

4 計算成果

4.1 中跨頂推前后主梁位移變化

豎向位移：54#墩靠近主跨箱梁頂推后橋面往上抬高，最大處在25R截面，為2.1cm;54#墩靠近邊跨處頂推后橋面位移向下，最大處在17L截面處，為-0.7cm;55#墩(中間主墩)頂推后箱梁全部往上抬升，但豎向位移很小，最大值在25#截面，為0.26cm。

水平位移：54#墩箱梁頂推后橋面全部向小里程方向偏移，最大處在25R截面，為2.04cm;55#墩(中間主墩)頂推后箱梁水平位移很小，最大值在25M截面，為0.06cm。

由此可見不同的合龍順序?qū)χ髁旱呢Q向位移和水平位移有一定的影響。

4.2 中跨頂推前后主墩位移變化

頂推后54#墩頂將向三水(高明)側(cè)水平偏移1.8cm，墩底水平偏移0.6cm;55#基本無水平偏移。

由此可見不同的合龍順序?qū)χ鞫瘴灰朴幸欢ǖ挠绊憽?/p>

4.3 中跨頂推前后樁位移、應(yīng)力變化

54#墩樁基礎(chǔ)頂推后向小里程側(cè)水平偏移0.5cm;55#墩樁基礎(chǔ)頂推后無水平偏移;56#墩樁基礎(chǔ)頂推后向大里程側(cè)水平最大偏移為0.6cm.

頂推后56#墩樁基礎(chǔ)的最大壓應(yīng)力為6.68MPa。

由此可見不同的合龍順序?qū)段灰坪蛻?yīng)力有一定的影響。

5 結(jié)語

本文以廣明高速某特大橋為工程背景，利用有限元分析軟件建立了全橋模型，對頂推過程中全橋的內(nèi)力和變形進行了分析，根據(jù)上述計算成果指導(dǎo)現(xiàn)場施工，達到了預(yù)期的效果，說明運用本文的計算模型和計算方法對連續(xù)剛構(gòu)橋頂推施工過程經(jīng)行的仿真計算是可行的，完全滿足施工控制的需要。

［1］黃宏輝.大跨度斜連續(xù)梁橋頂推施工仿真計算程序設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.長沙：長沙理工大學，2005

［2］Hewson Nigel，Hodgkinson Andrew.Incremental launch of Bride Glen Bridge，Ireland［J］.Concrete(London)，2004，38(7)：29-31