鐵路大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋的合龍順序分析

賈 枝 喜

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

1 工程概況

京沈客專(zhuān)潮白河特大橋跨潮白河(60+4×106+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，計(jì)算跨度為(59.85+4×106+59.85)m，梁全長(zhǎng)545.4 m。梁體采用單箱單室箱形截面，箱梁頂寬12.6 m，底寬6.7 m，頂板厚度除梁端附近外均為400 mm；腹板厚600 mm～1 000 mm，按折線變化；底板由跨中的400 mm線性變化至根部的1 200 mm，全聯(lián)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)置11個(gè)橫隔板，隔板厚度：邊支座處1.45 m，中跨中0.8 m，中支點(diǎn)處2.4 m，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過(guò)，箱梁兩側(cè)腹板與底板相交處外側(cè)均采用圓弧倒角。中支點(diǎn)處梁高7.85 m，跨中16 m直線端及邊跨15.7 m，直線端梁高4.85 m，梁底下緣按照二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.85 m。縱向預(yù)應(yīng)力選用公稱(chēng)直徑15.2 mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，管道摩阻系數(shù)為0.26，管道偏差系數(shù)為0.003。其中梁體采用C55混凝土，封端采用C55補(bǔ)償收縮混凝土，防撞墻及人行道欄桿底座采用C40混凝土，防水層的保護(hù)層采用C40纖維混凝土。

2 有限元模型

采用有限元軟件Midas/Civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，順橋?yàn)閤軸，橫橋?yàn)閥軸，豎向?yàn)閦軸。主梁采用的是梁?jiǎn)卧M，支座采用的是主從約束模擬，全橋共分192個(gè)單元和233個(gè)節(jié)點(diǎn)，有限元模型如圖1所示。

3 合龍方案分析與比選

本文依據(jù)大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋的特點(diǎn)，在保證所有施工影響因素(合龍段吊架，合龍溫度，合龍配重)不變的前提下，僅改變合龍順序來(lái)研究合龍方案，總共制定四種合龍方案：

1)邊跨及中跨先合龍，次中跨后合龍；

2)次中跨先合龍，邊跨及中跨后合龍；

3)從邊跨至中跨依次合龍；

4)從中跨到邊跨依次合龍。

在施工中，1號(hào)～14號(hào)梁段采用對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑先形成5個(gè)T構(gòu)，即為最大懸臂端，在懸臂澆筑的過(guò)程中主要分為兩個(gè)過(guò)程，包括混凝土澆筑7 d，預(yù)應(yīng)力張拉及掛籃滑移3 d，在形成一個(gè)合龍段之后立刻進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，以確保結(jié)構(gòu)內(nèi)力合理分布。

3.1 合龍順序?qū)Τ蓸蚶塾?jì)位移的影響分析

線形控制可以保證在理論上，懸臂施工連續(xù)梁橋成橋的線形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)要求，在施工中設(shè)置合適的預(yù)拱度。而預(yù)拱度的設(shè)置與合龍順序直接相關(guān)，不同的合龍順序?qū)?yīng)不同的預(yù)拱度。采用有限元軟件對(duì)主橋在1/2靜活載下的豎向位移及四種方案下的成橋累計(jì)位移進(jìn)行計(jì)算。

由計(jì)算得出，在最中間兩跨靜活載作用下豎向位移最大，而邊跨則相對(duì)較少，次中跨與中跨接近，這是由于中跨及次中跨跨度明顯大于邊跨引起，四種方案成橋累計(jì)位移有明顯的差別，其中方案一成橋累計(jì)位移最大值為45 mm；而方案二和方案四成橋累計(jì)位移最大值則相對(duì)較大，達(dá)到了139 mm。由于累計(jì)位移與預(yù)拱度有著直接的關(guān)系，累計(jì)位移較大則需要較大的預(yù)拱度，預(yù)拱度反過(guò)來(lái)又直接影響著線性控制的難易程度，因此，僅僅從設(shè)置預(yù)拱度的角度來(lái)看，方案一是最優(yōu)方案。方案一與方案二可作為一組對(duì)照，方案三和方案四可作為一組對(duì)照，發(fā)現(xiàn)合龍順序?qū)τ诔蓸虻睦塾?jì)位移影響很大，不同的合龍方案，對(duì)于合龍段較多的大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋有著很大的影響。

3.2 合龍順序?qū)Τ蓸驊?yīng)力的影響分析

通過(guò)對(duì)不同合龍方案下主梁上下緣成橋的應(yīng)力計(jì)算，無(wú)論上下緣應(yīng)力，方案二和方案四對(duì)應(yīng)成橋應(yīng)力相對(duì)較小，在-6 MPa～-7 MPa之間，四種方案對(duì)應(yīng)的上下緣應(yīng)力值均滿(mǎn)足要求，都在允許的范圍之內(nèi)。由于極值點(diǎn)位置相近、應(yīng)力值相差較小的可以看出，合龍順序?qū)Τ蓸虻闹髁赫龖?yīng)力影響不是很顯著，在確保施工工藝滿(mǎn)足的條件下，主梁的正應(yīng)力值主要僅僅與結(jié)構(gòu)特性相關(guān)。

3.3 合龍順序?qū)ㄔO(shè)工期的影響分析

方案一與其他三種方案比較，體系轉(zhuǎn)化次數(shù)分別為1次及2次，方案一在體系轉(zhuǎn)化全過(guò)程中臨時(shí)固結(jié)解除工序較另三種方案可節(jié)省工期3 d～5 d。同時(shí)本工程背景所依托的連續(xù)梁兩端與(60+100+60)m連續(xù)梁相連，邊跨為共用邊墩，其邊跨頂板合龍束及邊跨底板鋼束在箱內(nèi)單端張拉，針對(duì)此種設(shè)計(jì)，為減少邊跨合龍段鋼束的暴露時(shí)間，方案一和方案三先合龍邊跨可確保工序良好銜接，較另兩種方案節(jié)省工期10 d～15 d，類(lèi)似設(shè)計(jì)工程先合龍邊跨對(duì)工期的影響較為明顯。

3.4 合龍方案比選

在以上四種方案中，方案一成橋累計(jì)位移最小，因此在橋梁線性控制的時(shí)候需要提供的預(yù)拋高也就較小，在體系轉(zhuǎn)換的過(guò)程中相應(yīng)的位移變化也小，而其他幾種方案成橋累計(jì)位移明顯較大，在體系轉(zhuǎn)化中位移變化也大，增加了施工控制的難度，同時(shí)由于方案一是先合龍中跨和邊跨，即可以一次性完成體系的轉(zhuǎn)化，臨時(shí)固結(jié)可以同時(shí)解除，縮短了施工工期，而其他幾種方案則需要兩次的體系轉(zhuǎn)換，成橋累計(jì)位移也較大，相比不是最優(yōu)方案。由于邊跨現(xiàn)澆段采用托架施工，及早的拆除也可以在一定程度上節(jié)省成本，方案一在完成邊跨和中跨合龍后即可完成托架的拆除，很好的滿(mǎn)足了這一要求。從成橋上下緣應(yīng)力來(lái)看，四種方案均可滿(mǎn)足要求，由此可看出合龍方案對(duì)與成橋的應(yīng)力影響不大。綜合來(lái)看，方案一是一種最理想的合龍方案，建議多跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋的合龍方案可以考慮采用此方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)在建京沈客專(zhuān)(60+4×106+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行不同合龍方案研究，得到以下結(jié)論：

第一，不同的合龍順序?qū)τ跇蛄旱某蓸蚶塾?jì)位移有明顯的影響，成橋累計(jì)位移直接影響到橋梁的預(yù)拋高的設(shè)置，合理的設(shè)置預(yù)拋高可在一定程度上降低橋梁線性施工控制的難易程度。在橋梁建設(shè)中，確定立模標(biāo)高時(shí)嚴(yán)格依照合龍順序進(jìn)行計(jì)算，且不得輕易改變，否則主梁線性將達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

第二，不同的合龍順序?qū)τ诔蓸蛏舷戮壍膽?yīng)力影響不明顯，在確保施工工序不簡(jiǎn)化的前提下，采用任意一種合龍方案均可使得成橋的應(yīng)力滿(mǎn)足要求，在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。因此進(jìn)行方案比選的過(guò)程中進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注不同合龍方案對(duì)成橋累計(jì)位移的影響，進(jìn)行優(yōu)化比選。

第三，(60+4×106+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋按照先合龍邊跨及中跨，后合龍次中跨的方案滿(mǎn)足合龍條件的實(shí)際情況，且合龍后主梁線型、應(yīng)力符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，是最優(yōu)的合龍方案，可為同類(lèi)型的橋梁提供一定的借鑒。