高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案探究

張亞西

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)和施工水平成熟，結(jié)構(gòu)受力明確，因而得到廣泛應(yīng)用，而對(duì)于懸臂澆筑中的合龍問(wèn)題一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)［1-3］，合龍順序選擇對(duì)成橋之后的內(nèi)力和變形有非常大的影響，合龍是一個(gè)體系轉(zhuǎn)換的過(guò)程，合龍后結(jié)構(gòu)約束增加，超靜定次數(shù)增大，合龍時(shí)的工況，例如，溫度、施工荷載、合龍方式以及合龍順序等直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的成橋應(yīng)力及線形。但是對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋(特別是高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋)，其合龍順序并沒(méi)有明確的參考標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)，且對(duì)于高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋研究較少，劉建、陸新淼發(fā)現(xiàn)對(duì)于多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍次序?qū)χ髁贺Q向位移和應(yīng)力影響并不明顯［4］而葉松與郭彬則從主梁應(yīng)力與線性等多角度對(duì)比分析，認(rèn)為先邊跨后中跨的合龍順序更為有利［5］。文章以石紅八寶樹(shù)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象通過(guò)對(duì)比不同的合龍順序從多角度判別合龍順序的優(yōu)略，從而豐富了合龍順序?qū)Ω叨沾罂缍冗B續(xù)剛構(gòu)橋的研究，為類似橋梁的施工決策提供依據(jù)。

1 工程概況

本文所研究的橋梁為主橋長(zhǎng)340 m的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為90 m+160 m+90 m，橋墩最大長(zhǎng)度120 m，橋面寬度10 m，跨徑布置見(jiàn)圖1。

圖1 跨徑布置示意(單位：cm)

橋梁的根部梁高10 m，跨中梁高3.5 m，其按照1.6次拋物線變化，主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土雙肢薄壁空心墩。

2 有限元模型的建立與分析

運(yùn)用有限元軟件MIDAS建立三維有限元模型，參考工程建設(shè)的實(shí)際情況與仿真模擬的需求，分別建立先邊跨合龍?jiān)僦锌绾淆垺⑾戎锌绾淆堅(jiān)龠吙绾淆?、一次成橋的模型，模型采用相同的參?shù)，全橋結(jié)構(gòu)離散成425個(gè)節(jié)點(diǎn)、410個(gè)單元，連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁與橋墩、橋墩與承臺(tái)、承臺(tái)與地基之間采用固結(jié)模擬；全橋計(jì)算模型見(jiàn)圖2。模型中沿縱橋向?yàn)閄軸，豎向?yàn)閆軸，橫橋向?yàn)閅軸。

圖2 結(jié)構(gòu)有限元模型示意

3 結(jié)果對(duì)比

3.1 恒荷載下主梁應(yīng)力與線性對(duì)比

通過(guò)對(duì)比不同合龍順序，所產(chǎn)生主梁應(yīng)力與位移之間的差異，判別相對(duì)較為合理的合龍順序，其主梁應(yīng)力與位移如表1、表2所示，從表格中數(shù)據(jù)可以看出，在恒載作用下，主梁的應(yīng)力值相差較小，且差值的幅度，均在工程可接受范圍內(nèi)，故而合龍順序并不影響主梁恒載作用下的受力情況，但對(duì)于位移，從表格中可以清楚的看出，恒載作用下，先邊跨后中跨的合龍方式，各節(jié)點(diǎn)豎向位移值相對(duì)在較小范圍內(nèi)變化，線型明顯優(yōu)于其他兩種合龍方式。

3.2 收縮徐變導(dǎo)致主梁應(yīng)力與線性對(duì)比

收縮徐變是收縮徐變是造成大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋跨中長(zhǎng)期下?lián)系闹匾蛩?，?duì)于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋其影響更為顯著，探究不同合龍順序?qū)ζ溆绊?，確保使用合理的合龍順序，降低其長(zhǎng)期下?lián)现?，延長(zhǎng)橋梁的正常使用年限(表3、表4)。

對(duì)比三種合龍方式，可看出對(duì)于高墩大跨連續(xù)剛夠橋先邊跨后中跨與一次成橋兩種合龍方式由于收縮徐變引起的應(yīng)力變化范圍相對(duì)較小，且應(yīng)力分布較為均勻，符合連續(xù)剛構(gòu)橋受力特征，而先中跨后邊跨其應(yīng)力變化幅度較大，應(yīng)力變化突兀。

對(duì)于先邊跨后中跨的合龍順序，其跨中因收縮徐變導(dǎo)致的下?lián)现禐?.48 cm，而先中跨后邊跨的合龍順序，其跨中因收縮徐變導(dǎo)致的下?lián)隙戎禐?5.231 cm，明顯大于另外兩種的合龍方式，且其他所選位置處其下?lián)隙戎狄裁黠@。

表1 主梁應(yīng)力值 MPa

表2 主梁位移值 cm

表3 主梁應(yīng)力值 MPa

3.3 主梁應(yīng)次應(yīng)力對(duì)比

通過(guò)對(duì)比預(yù)應(yīng)力鋼束在三種不同合龍方案所引起的主梁次應(yīng)力以及沉降所引起的次應(yīng)力比較，從兩個(gè)方面比較更好的合龍順序。

表4 主梁位移值 cm

從表5、表6中可以看出，三種合龍方式所導(dǎo)致的主梁的次應(yīng)力其相差并不明顯，且三種合龍方式導(dǎo)致的主梁次應(yīng)力值變化趨勢(shì)大致相同，且變化的范圍基本接近，只是先中跨后邊跨的合龍方式，其中跨跨中處，因預(yù)應(yīng)力鋼束以及沉降所產(chǎn)生的應(yīng)力值相較其他兩種方式，其應(yīng)力值相對(duì)較大，故先中跨后邊跨的合龍方式明顯劣于其他兩種。

表5 主梁次應(yīng)力 MPa

表6 主梁次應(yīng)力 MPa

4 結(jié)論

(1)探索三種合龍方式的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)先邊跨后中跨及一次成橋的合龍方式其所產(chǎn)生的各個(gè)方面的效應(yīng)明顯優(yōu)于先中跨后邊跨，這也解釋了實(shí)際工程中多采用先邊跨后中跨的方式合龍，而一次成橋的合龍方式會(huì)由于各種原因而難以實(shí)行，從而使得工程中普遍選用先邊跨后中跨合龍方式，以求使得成橋階段達(dá)到最佳。

(2)比較一次成橋與先邊跨后中跨的合龍，驚訝地發(fā)現(xiàn)兩種合龍方式竟然在諸多方面的數(shù)據(jù)有相似，從而可以看出兩種合龍順序在結(jié)構(gòu)受力方面近似可以認(rèn)為等效。

(3)對(duì)于高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋其采用先中跨后邊跨合龍方式時(shí)，我們可以明顯看出其收縮徐變導(dǎo)致的中跨下?lián)现得黠@過(guò)大，故而對(duì)于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)謹(jǐn)慎采用這種方式合龍。