三跨連續(xù)梁施工合龍順序及臨時(shí)固結(jié)解除對(duì)內(nèi)力和線形的影響分析

鄒學(xué)淵

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

[定稿日期]2017-08-31

1 橋梁概況

滬昆鐵路客運(yùn)專線 (48+80+48) m預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)梁，主梁梁體采用C50混凝土，為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。豎直腹板，箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m，中支座處梁高為6.65 m，中跨跨中9 m直線段及邊跨13.25 m直線段梁高3.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化。梁體采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

該連續(xù)梁設(shè)計(jì)采用對(duì)稱懸臂澆筑的施工方法，施工合龍順序?yàn)橄冗吙绾笾锌纾卸张R時(shí)固結(jié)在邊跨合龍束張拉一部分后解除。由于邊墩施工較晚，中墩臨時(shí)固結(jié)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鑿除時(shí)間較長，結(jié)合架梁工期等綜合因素，考慮對(duì)原設(shè)計(jì)合龍順序或解除臨時(shí)固結(jié)的階段進(jìn)行調(diào)整，以縮短施工工期。

2 分析方法及分析方案

2.1 分析方法

該三跨連續(xù)梁采用有限元計(jì)算軟件Midas Civil進(jìn)行施工階段分析計(jì)算，主梁采用梁單元模擬，永久支座采用彈性連接和一般支承模擬，邊跨現(xiàn)澆支架采用單向受壓支座模擬，臨時(shí)固結(jié)采用一般支承模擬，施工階段考慮自重、預(yù)應(yīng)力、掛籃等荷載。全橋共有70 個(gè)單元， 71 個(gè)節(jié)點(diǎn)，全橋計(jì)算模型如圖1～圖3所示。

圖1 Midas Civil全橋模型

圖2 全橋預(yù)應(yīng)力布置

圖3 施工階段荷載示意

2.2 幾種分析方案

根據(jù)不同合龍順序、不同臨時(shí)固結(jié)解除階段，考慮以下五種方案進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比。

方案①：先邊跨合龍后中跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)在邊跨合龍束張拉一部分后解除。

方案②：先邊跨合龍后中跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)在邊跨合龍束全部張拉后解除。

方案③：先邊跨合龍后中跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)在全部合龍并張拉完成后解除。

方案④：先中跨合龍后邊跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)在中跨合龍束張拉后解除。

方案⑤：先中跨合龍后邊跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)在全部合龍并張拉完成后解除。

由于連續(xù)梁橋施工主要是控制成橋后的受力狀態(tài)和成橋線形符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)以上五種不同方案分別進(jìn)行計(jì)算分析，主要查看主梁全部合龍并張拉完成后(即成橋后)的主梁截面應(yīng)力和主梁豎向位移。

3 不同方案下的分析結(jié)果

3.1 主梁截面應(yīng)力

經(jīng)計(jì)算，各種方案下，施工階段主梁應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。主梁全部合龍并張拉完成后，截面上下緣應(yīng)力方案如表1所示。

表1 各種方案下主梁合龍完成后截面應(yīng)力 MPa

注：表中負(fù)值表示壓應(yīng)力。

各種方案下，主梁截面上、下緣應(yīng)力對(duì)比見圖4、圖5。

圖4 主梁截面上緣壓應(yīng)力對(duì)比(單位:MPa)

圖5 主梁截面下緣壓應(yīng)力對(duì)比(單位:MPa)

由上述結(jié)果可知，主梁全部合龍并張拉完成后，截面應(yīng)力結(jié)果為：

(1)方案②和方案①主梁截面上下緣應(yīng)力基本一致。

(2)方案③和方案⑤主梁截面上下緣應(yīng)力基本一致。上緣壓應(yīng)力較方案①大，最大差值出現(xiàn)在中跨，差值為1.2 MPa，偏差為28 %；下緣應(yīng)力較方案①小，最大差值出現(xiàn)在中跨，差值為2.4 MPa，偏差為21 %。

(3)方案④，主梁截面上緣壓應(yīng)力較方案①大，最大差值出現(xiàn)在中跨，差值為3.5 MPa，偏差為83 %，且壓應(yīng)力儲(chǔ)備較少；下緣應(yīng)力較方案①小，最大差值出現(xiàn)在中跨，差值為3.7 MPa，偏差為32 %。

僅從主梁截面上下緣應(yīng)力看，方案②最符合原設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)，可以采用；方案③和方案⑤較符合原設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)，可以采用；方案④偏差較大，不建議采用。

3.2 主梁豎向位移

各種方案下，主梁全部合龍并張拉完成后，主梁豎向位移如表2所示。

表2 各種方案下主梁合龍完成后豎向位移 mm

注：表中負(fù)值表示位移向下，正值表示位移向上。

由表2可知，方案④較其他方案位移偏差很大，不予比較。其他各種方案下，主梁合龍后豎向位移對(duì)比見圖6。

圖6 主梁合龍后豎向位移對(duì)比(單位:mm)

由上述結(jié)果可知，主梁全部合龍并張拉完成后，豎向位移對(duì)比為：

(1)方案②和方案①主梁豎向位移基本一致。

(2)方案③和方案⑤主梁豎向位移基本一致。邊跨主梁上拱值比方案①小，最大差值為3.6 mm；中跨主梁上拱值比方案①大，最大差值為17.9 mm。

(3)方案④，邊中跨主梁豎向位移均比方案①相差很大。

僅從主梁豎向位移結(jié)果看，方案②最符合原設(shè)計(jì)的線形狀態(tài)，可以采用；方案③和方案⑤較與原設(shè)計(jì)的線形狀態(tài)有偏差，且中跨偏差較大，需要進(jìn)一步研究是否可以采用；方案④偏差大，不建議采用。

連續(xù)梁施工中，主梁成橋階段的豎向位移直接影響節(jié)段懸臂澆筑時(shí)的立模標(biāo)高，從計(jì)算結(jié)果看，方案③和方案⑤對(duì)主梁的立模標(biāo)高影響較大。如果采用該兩種方案，需要在主梁開始施工前就確定方案，以便對(duì)各節(jié)段懸臂施工時(shí)的立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié) 論

以滬昆客專(48+80+48) m連續(xù)梁為例，通過對(duì)三跨連續(xù)梁不同合龍順序和臨時(shí)固結(jié)解除階段主梁截面應(yīng)力狀態(tài)和豎向位移的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可得出以下結(jié)論：

(1)先邊跨后中跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)可在邊跨合龍束全部張拉完成后才解除，成橋內(nèi)力狀態(tài)和線形均與設(shè)計(jì)相符；

(2)如果臨時(shí)固結(jié)在成橋后才解除，先邊跨后中跨合龍、或先中跨后邊跨合龍兩種方案的成橋內(nèi)力狀態(tài)和線形一致，但線形與設(shè)計(jì)有偏差，這種線形偏差對(duì)高鐵橋梁的影響是不可忽略的；另外，成橋后才解除臨時(shí)固結(jié)，由于溫度等產(chǎn)生的主梁次應(yīng)力，可能對(duì)臨時(shí)固結(jié)的墩身和主梁產(chǎn)生不利影響。

(3)先中跨后邊跨合龍，中跨合龍束張拉完成后解除中墩臨時(shí)固結(jié)的方案，成橋后內(nèi)力狀態(tài)和線形均與設(shè)計(jì)偏差大，該方案不合理。

經(jīng)對(duì)比分析，滬昆客專(48+80+48) m三跨連續(xù)梁采用先邊跨后中跨合龍，中墩臨時(shí)固結(jié)可在邊跨合龍束全部張拉完成后解除的方案，成橋內(nèi)力狀態(tài)和線形均滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)該連續(xù)梁運(yùn)營情況良好。上述分析結(jié)果可為同類三跨連續(xù)梁的施工提供參考。

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