杜 光

（山西省交通科學(xué)研究院 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

0 引言

剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁是在連續(xù)剛構(gòu)及連續(xù)梁橋基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的，它兼顧了連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋這兩者的優(yōu)點(diǎn)，更適宜于長聯(lián)、多跨的發(fā)展要求，在近些年來得到迅速發(fā)展[1]。由于結(jié)構(gòu)為長聯(lián)多跨，使得橋梁的合龍段有多處，因此橋梁合龍需要經(jīng)歷一個(gè)比較復(fù)雜的體系轉(zhuǎn)換過程。而不同的合龍方式又將直接影響到成橋的內(nèi)力狀態(tài)和主梁線形，在施工過程中需實(shí)時(shí)做好監(jiān)控量測(cè)工作。

目前對(duì)于連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋的施工控制及合龍方案選擇、優(yōu)化方面的研究比較多，由于剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在合龍方案選擇及控制中，又有區(qū)別于前兩種橋型的地方[2]。如由于墩梁連接剛度的區(qū)別，在臨時(shí)約束解除及預(yù)應(yīng)力張拉過程中，所引起主梁累計(jì)變形及梁體線形方面是否容易得到控制等。包儀軍以一座（48+4×80+48）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)槔?，根?jù)不同的合龍方案確定3種工況，分析了合龍順序及合龍期間的預(yù)應(yīng)力張拉階段對(duì)施工階段的預(yù)拱度及成橋內(nèi)力的影響，并對(duì)比分析了多跨連續(xù)梁橋合龍口兩端產(chǎn)生較大位移差的原因。趙志剛以某剛構(gòu)-組合箱梁橋?yàn)槔?，從結(jié)構(gòu)變形、受力和優(yōu)化施工的角度進(jìn)行分析探討，分析不同合龍方案對(duì)橋梁施工監(jiān)控的影響，并比選最優(yōu)合龍方案。蔡素軍分析了不同合龍方案對(duì)橋梁的累計(jì)位移和受力的影響，特別是對(duì)施工控制中的預(yù)拱度設(shè)置的影響，提出了合理的合龍方案及施工注意事項(xiàng)。本文以一座6跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋第一聯(lián)為工程背景，設(shè)計(jì)了不同的合龍方式并進(jìn)行了分析，得到了不同合龍順序下所產(chǎn)生的主梁線形及成橋內(nèi)力，并分析其對(duì)施工監(jiān)控的影響。

1 工程背景

某新建橋梁為跨越黃河的一座特大型橋梁，主橋上部結(jié)構(gòu)采用（82.68+4×152+82.8）m（第 1聯(lián)）+（82.8+3×152+82.72）m（第2聯(lián)）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-連續(xù)剛構(gòu)組合體系。本文以第一聯(lián)為研究對(duì)象，其中10號(hào)和11號(hào)墩為墩梁固結(jié)體系，9號(hào)、12號(hào)和13號(hào)墩通過支座與箱梁連接，該橋邊中跨比為0.545。第一聯(lián)總體布置圖見圖1。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：m）

主橋采用雙幅設(shè)置，單幅主梁截面形式為單箱單室，頂面寬15.55 m，底板寬8 m，翼緣板懸臂長3.775 m，主墩頂0號(hào)塊梁高9.5 m，跨中合龍段梁高3.4 m，主墩根部至跨中合龍段梁高按1.7次拋物線變化。0號(hào)段長11 m，每排主墩“T”構(gòu)縱橋向劃分為19個(gè)對(duì)稱梁段，梁段縱向分段長度為4×3 m+5×3.5 m＋10×4 m。邊跨現(xiàn)澆段長5.3 m，合龍段長2 m。橋墩均采用空心薄壁墩，其中連續(xù)墩外截面尺寸為10 m×5 m，剛構(gòu)墩外截面尺寸為8 m×4 m。

2 有限元模型建立

使用MlDAS Civil 2012軟件建立有限元模型，按照梁體施工塊段劃分單元，并模擬實(shí)際施工過程的變化（如塊段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力束張拉、移動(dòng)掛籃、臨時(shí)約束解除等），比較分析不同合龍方式下橋梁施工及成橋階段的內(nèi)力和線形，其中主梁共劃分為137個(gè)單元，主墩劃分為54個(gè)單元。由于本橋結(jié)構(gòu)體系為長聯(lián)多跨，體系轉(zhuǎn)換過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形變化復(fù)雜，所以對(duì)支座的準(zhǔn)確模擬顯得尤為重要，本橋中假定各墩底與大地固結(jié)，兩邊跨現(xiàn)澆直線段采用絞結(jié)，其臨時(shí)支座底節(jié)點(diǎn)與墩頂節(jié)點(diǎn)剛接，臨時(shí)支座頂節(jié)點(diǎn)與主梁底節(jié)點(diǎn)設(shè)置彈性剛接。拆除臨時(shí)約束后用固定絞支座模擬永久支座。有限元分析模型如圖2所示。

圖2 橋梁有限元分析模型圖

3 各合龍方案

各跨合龍段從左至右按順序依次劃分為1～6號(hào)合龍段，如圖3所示。各連續(xù)跨合龍后，需解除其墩頂?shù)呐R時(shí)約束。臨時(shí)約束的解除是非剛構(gòu)跨體系轉(zhuǎn)換的重要一步，下面根據(jù)大橋橋型特點(diǎn)，通過改變臨時(shí)約束的拆除順序及合龍順序，現(xiàn)提出以下4種合龍方案進(jìn)行對(duì)比分析：

圖3 橋梁合龍段編號(hào)示意圖

a）方案1 先合龍剛構(gòu)跨，然后依次合龍剛構(gòu)兩側(cè)兩連續(xù)跨，再次同時(shí)合龍兩邊跨，最后合龍剩余連續(xù)跨。即合龍順序依次為：3號(hào)合龍段→2號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、解除9號(hào)墩臨時(shí)約束）→4號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、解除12號(hào)墩臨時(shí)約束）→1號(hào)、6號(hào)合龍段→5號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、解除13號(hào)墩臨時(shí)約束）。

b）方案2 合龍順序與方案1相同，改變連續(xù)梁臨時(shí)錨固解除與預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序，即：3號(hào)合龍段→2號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、解除9號(hào)墩臨時(shí)約束、預(yù)應(yīng)力張拉）→4號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、解除12號(hào)墩臨時(shí)約束、預(yù)應(yīng)力張拉）→1號(hào)、6號(hào)合龍段→5號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、解除13號(hào)墩臨時(shí)約束、預(yù)應(yīng)力張拉）。

c）方案3 兩個(gè)合龍段同時(shí)進(jìn)行，維持連續(xù)梁臨時(shí)錨固與合龍段預(yù)應(yīng)力張拉順序，即：2號(hào)、3號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉后，解除9號(hào)墩臨時(shí)約束）→4號(hào)、5號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉后，解除12號(hào)、13號(hào)墩臨時(shí)約束）→1號(hào)、6號(hào)合龍段。

d）方案4 兩個(gè)合龍段同時(shí)進(jìn)行，改變連續(xù)梁臨時(shí)錨固與合龍段預(yù)應(yīng)力張拉順序，即：2號(hào)、3號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑，解除9號(hào)墩臨時(shí)約束、預(yù)應(yīng)力張拉）→4號(hào)、5號(hào)合龍段（合龍段混凝土澆筑、解除12號(hào)、13號(hào)墩臨時(shí)約束、預(yù)應(yīng)力張拉）→1號(hào)、6號(hào)合龍段。

4 不同合龍方案對(duì)線形和內(nèi)力監(jiān)控的影響

4.1 線形監(jiān)控影響分析

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的分段施工，要經(jīng)歷一個(gè)長期復(fù)雜的施工過程，橋梁在懸臂施工過程中受混凝土自重、預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉、掛籃變形、混凝土收縮與徐變、溫度變化及臨時(shí)荷載等因素的影響，會(huì)使其在施工中產(chǎn)生一定的豎向位移；橋梁在使用過程中受汽車荷載、預(yù)應(yīng)力反拱效應(yīng)、混凝土的長期收縮與徐變等因素的影響，也會(huì)產(chǎn)生偏離設(shè)計(jì)線形的豎向位移。這兩種豎向的位移必然使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的“下?lián)犀F(xiàn)象”，大橋經(jīng)過長期運(yùn)營過程，必將出現(xiàn)跨中下?lián)显絹碓酱笠灾聵蛎婢€形成波浪形等問題，因此，在施工過程中應(yīng)設(shè)置一定預(yù)拱值來消除其影響，從而使橋梁線形滿足設(shè)計(jì)線形要求。橋梁預(yù)拱度分為施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度，施工預(yù)拱度主要是為消除施工過程中各種荷載對(duì)線形的影響，其取值又與橋梁施工過程及合龍順序直接相關(guān)[3]。施工預(yù)拱度值即為橋梁施工過程變形累計(jì)值反向取值，以抵消施工過程中累計(jì)變形。成橋預(yù)拱度主要是為了消除后期運(yùn)營過程中的收縮徐變、后期預(yù)應(yīng)力的損失、活載變形等而設(shè)置。

4.1.1 不同合龍方案施工階段累計(jì)變形

現(xiàn)通過模型計(jì)算各合龍方案下施工階段累計(jì)變形值，如圖4所示。

圖4 各合龍方案主梁累計(jì)變形示意圖

通過合龍方案1～方案4的豎向累計(jì)位移曲線可以看出：

a）方案1和方案2成橋累計(jì)變形值幾乎相當(dāng)，方案3和方案4成橋累計(jì)變形值幾乎相當(dāng)。方案1累計(jì)變形最大值為-17.06 cm，方案2累計(jì)變形最大值為-17.25 cm，均發(fā)生在1號(hào)T構(gòu)1號(hào)合龍端；方案3累計(jì)變形最大值為-16.70 cm，方案4累計(jì)變形最大值為-16.98 cm，均發(fā)生在5號(hào)T構(gòu)6號(hào)合龍端。

b）各合龍方案下變形曲線都不以橋中心對(duì)稱，方案1、方案2產(chǎn)生的極值點(diǎn)位置與方案3、方案4所產(chǎn)生的極值點(diǎn)位置不同。

c）方案 1和方案 2在 1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)合龍口均產(chǎn)生較大的位移突變；方案3和方案4在1號(hào)、4號(hào)、6號(hào)合龍口均產(chǎn)生較大的位移突變。

d）方案3、方案4位移突變次數(shù)少，從此方面考慮，對(duì)施工監(jiān)控影響較小。

4.1.2 不同合龍方案位移突變?cè)蚍治?/p>

大跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁因?yàn)楣?jié)段多、合龍次數(shù)多、體系轉(zhuǎn)換多，主梁豎向累計(jì)位移比較大，為了使兩側(cè)累計(jì)誤差小及成橋線形美觀，主梁豎向撓度控制是選擇合理合龍順序的重要考慮因素。通過表1各合龍口兩端合龍前累計(jì)變形值及其差值，進(jìn)一步分析位移突變產(chǎn)生原因。

表1 各方案合龍口兩端合龍前累計(jì)變形值及差值 cm

通過表1可以看出：

a）各合龍方案下，合龍口累計(jì)位移偏差最大值均在17 cm以上，方案1、方案2最大差值出現(xiàn)在1號(hào)合龍口，此時(shí)一端為T構(gòu)懸臂端，一端為邊跨現(xiàn)澆段，在前面中跨合龍及體系轉(zhuǎn)換的過程中，在拆除9號(hào)墩臨時(shí)支座時(shí)，在邊跨頂應(yīng)力的作用下，支座位置梁體會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，懸臂端產(chǎn)生直線下降所致。同理方案3和方案4產(chǎn)生最大位移差值。

b）在懸臂施工階段，各墩均為獨(dú)立靜定T構(gòu)，懸臂施工階段各T構(gòu)變形值一致，累計(jì)位移差值增大發(fā)生在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程之中，尤其是連續(xù)梁臨時(shí)約束解除后，梁端豎向位移瞬間發(fā)生。如此造成的后果便是：懸臂施工階段已按累計(jì)位移值反號(hào)設(shè)置預(yù)拱度分配到各塊段施工過程之中，待結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換前，各塊段已按所提預(yù)拱度值澆筑完成。如若體系轉(zhuǎn)換過程中，階段變形值（如臨時(shí)約束塊解除后、合龍束張拉后等）與理論變形值差別較大，則會(huì)影響局部線形和總體線形，將造成后續(xù)合龍施工困難，所以極大地增加了施工監(jiān)控的難度。如為了保證全橋線形而采取強(qiáng)迫合龍措施必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力與設(shè)計(jì)要求不符，從而影響結(jié)構(gòu)的安全受力，從這一點(diǎn)講，各合龍方案造成監(jiān)控難度相當(dāng)。

c）在高墩多跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁中，最優(yōu)的合龍順序不僅能夠控制各截面的內(nèi)部應(yīng)力和改善施工時(shí)的橋梁線型，而且還能夠控制施工進(jìn)度、合理地安排施工流程、縮短施工周期、節(jié)約施工成本和提高施工安全[4]。從工期和施工難度考慮，方案3和方案4兩兩合龍口對(duì)稱合龍，變結(jié)構(gòu)體系5次合龍為3次合龍，能夠有效縮短工期。

4.2 應(yīng)力監(jiān)控影響分析

施工合龍順序的不同，同樣決定著最終的恒載內(nèi)力。不同的施工順序，其初始恒載內(nèi)力不同，在體系轉(zhuǎn)換過程中，引起的內(nèi)力重分布的數(shù)值也不同。各合龍方案成橋后（即橋面鋪裝完成后）主梁累計(jì)應(yīng)力見圖5和圖6。

圖5 成橋后各合龍方案下主梁上緣應(yīng)力

圖6 成橋后各合龍方案下主梁下緣應(yīng)力

由圖5、圖6可以看出：

a）主梁上、下緣應(yīng)力在4種合龍方案下均為壓應(yīng)力。曲線極值點(diǎn)位置相同，變化趨勢(shì)一致，未隨合龍順序的不同而改變。

b）主梁上緣在各跨0號(hào)段前端截面處取得應(yīng)力極大值，在各跨中截面附近處取得極小值，單跨內(nèi)應(yīng)力基本呈對(duì)稱分布。主梁下緣極大值發(fā)生在各跨中截面附近，極小值在0號(hào)段前端截面附近。

c）方案1和方案2主梁上緣最大應(yīng)力與方案3和方案4主梁上緣最大應(yīng)力差值均在1.6 MPa以內(nèi)，最大正差值出現(xiàn)在第六跨跨中附近，最大負(fù)差值出現(xiàn)在第四跨5L/8附近；下緣最大應(yīng)力相差2.0 MPa以內(nèi)，正、負(fù)最大差值位置與上緣正好相反，最大正差值出現(xiàn)在第四跨5L/8附近，最大負(fù)差值出現(xiàn)在第六跨跨中附近。

d）綜合可見合龍順序?qū)Τ蓸虻闹髁航孛鎽?yīng)力影響并不十分顯著。

5 結(jié)語

本文對(duì)多跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁不同合龍方式進(jìn)行了有限元分析，對(duì)比分析了各合龍工況下的累計(jì)位移、合龍口位移差、梁體應(yīng)力等，現(xiàn)總結(jié)如下：

a）長聯(lián)多跨剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系橋梁的豎向位移、應(yīng)力變化比一般連續(xù)梁橋都要大得多，不同的合龍方式為影響其預(yù)拱度設(shè)置的主要因素，在施工中必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，通過不斷地監(jiān)測(cè)各項(xiàng)控制指標(biāo)、數(shù)據(jù)，才可以使全橋的線形和應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

b）從控制施工撓度和預(yù)拱度方面考慮，先合龍剛構(gòu)跨，再合龍剛構(gòu)-連續(xù)跨，最后合龍邊跨和連續(xù)跨的第一、二合龍方案與兩兩合龍段同時(shí)進(jìn)行的第三、四合龍方案相比，所引起的合龍段兩側(cè)的累計(jì)位移差都較大，且相差不大，線形監(jiān)控難度較大，需加強(qiáng)施工監(jiān)控，可通過分階段張拉預(yù)應(yīng)力來降低影響。

c）從控制截面應(yīng)力方面考慮，在施工階段過程中，各方案下主梁各控制截面的應(yīng)力在短期效應(yīng)和長期效應(yīng)作用均不大于其允許應(yīng)力，各方案下上緣、下緣應(yīng)力曲線極值點(diǎn)位置相同，變化趨勢(shì)一致，未隨合龍順序的不同而改變。

d）兩合龍段同時(shí)進(jìn)行的合龍順序，施工工期能夠有效縮短，同時(shí)先解除臨時(shí)錨固后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，有利于減小主梁截面拉應(yīng)力。因此，從施工監(jiān)控方面考慮，推薦采用“剛構(gòu)→連續(xù)梁→邊跨兩兩合龍，先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束張拉，再拆除臨時(shí)錨固”（方案3）的合龍段施工順序。