連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案對比研究

作者簡介：黃柳雪（1987—），工程師，研究方向：公路工程。

摘要：文章以某連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工工程為研究背景，通過運(yùn)用有限元軟件建立連續(xù)剛構(gòu)橋施工和運(yùn)營兩個階段分析模型，并針對三種不同邊跨現(xiàn)澆段施工方案的施工特點(diǎn)、受力狀態(tài)以及變形機(jī)理展開對比分析。結(jié)果表明：邊墩托架現(xiàn)澆法（方案一）和墩頂?shù)跫墁F(xiàn)澆法（方案二）在兩個階段主梁的受力狀態(tài)、應(yīng)力變形以及成橋線型變化機(jī)理基本一致;無邊跨現(xiàn)澆段施工法（方案三）在兩個階段的主梁應(yīng)力變形與方案一和方案二大致相同，在主梁受力狀態(tài)和成橋線型方面要優(yōu)于方案一和方案二。研究成果證明了無邊跨現(xiàn)澆段施工方法在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中的可行性和適用性。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;邊跨現(xiàn)澆段;施工方案;受力狀態(tài)

中國分類號：U445.57A421534

0 引言

橋梁工程中常見的邊跨施工方法有邊跨托架法、墩頂?shù)跫芊ㄒ约奥涞刂Ъ芊ǖ龋捎谑艿降匦螚l件、橋梁跨徑以及橋梁高度等因素的影響，傳統(tǒng)的邊跨施工方法逐漸無法適應(yīng)特殊橋梁的設(shè)計要求，因此深入研究特殊橋梁邊跨的施工方法具有重要意義[1-2]。

目前，國內(nèi)外對橋梁邊跨現(xiàn)澆段施工方法展開了大量研究[3]。[CS]如朱忠民等[4]提出了采用掛籃配合蓋梁支架施工的新方法，通過數(shù)值模擬分析了新老施工方案橋梁施工過程箱梁應(yīng)力與變形，證明了新施工方法的可行性。趙建祥等[5]驗證了在山區(qū)復(fù)雜的地形地勢、過渡墩較高的情況下，采用邊跨現(xiàn)澆段非對稱施工的可行性以及優(yōu)良效益。 宋寶起[6]針對不對稱懸臂施工對梁體累計位移的影響進(jìn)行參數(shù)分析，根據(jù)分析結(jié)果對施工過程中的線形控制重點(diǎn)提出了建議。[CS]陳穎[7]總結(jié)了邊跨直線段鋼管支架法施工的技術(shù)要點(diǎn)，為今后同類工程的施工提供一定參考。李世藝[8]介紹了連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段貝雷支架法的設(shè)計與施工技術(shù)，并通過貝雷支架受力驗算，驗證了該橋貝雷支架法施工的合理性。由于地形條件的差異性，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后的傳統(tǒng)邊跨施工方法對于許多高橋墩和長跨徑橋梁依然存在一定的局限性?；诖?，本文提出了一種新的連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方法，并針對施工特點(diǎn)、受力狀態(tài)以及變形機(jī)理與兩種傳統(tǒng)邊跨施工方法進(jìn)行了比較，論證了無邊跨現(xiàn)澆段施工的可行性和適用性，可為今后類似橋梁工程邊跨施工研究提供借鑒。

1 工程簡介

本文以某三跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)橋為施工案例，該橋布置跨徑為（85+160+85） m，橋面寬18.5 m，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，車道設(shè)計為雙向四車道，荷載等級為公路Ⅰ級。該橋上部結(jié)構(gòu)箱梁由兩個“T”構(gòu)組成，單個“T”構(gòu)懸臂節(jié)段分為19個梁段進(jìn)行現(xiàn)澆，其中0#梁段采用托架施工方法，現(xiàn)澆長度為10 m，懸臂梁段采用掛籃逐塊對稱澆筑的施工方法，1#～4#單個梁段現(xiàn)澆長度為3 m，5#～7#梁段為3.5 m，8#～12#梁段為4 m，13#～19#梁段為4.5 m，累計懸臂長度為74 m。邊跨現(xiàn)澆段采用邊墩托架現(xiàn)澆施工方法，現(xiàn)澆長度為4.82 m，3個合龍段現(xiàn)澆長度共計6 m。橋梁立面布置如圖1所示。

2 施工方案設(shè)計

2.1 施工方法

連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨直線段常用的施工方法主要有邊墩托架現(xiàn)澆法和墩頂?shù)跫墁F(xiàn)澆法，兩種施工方法的技術(shù)水平和設(shè)計研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，且在橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用。本文為優(yōu)化連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方法，提出了一種新的邊跨現(xiàn)澆段施工設(shè)計方案，即無邊跨現(xiàn)澆段施工法，通過對比分析該方案與兩種傳統(tǒng)方案的施工特點(diǎn)以及受力和變形機(jī)理證明該方案的可靠性和適用性。三種方案具體施工工序如下：

方案一（邊墩托架現(xiàn)澆法）：（1）布置墩頂托架完成0#塊節(jié)段澆筑;（2）采用掛籃懸臂逐塊對稱澆筑懸臂梁段，依次張拉對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束;（3）在邊墩搭設(shè)托架完成邊跨直線段澆筑;（4）按先邊跨后中跨的順序依次合龍，并在合龍段張拉對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

方案二（墩頂?shù)跫墁F(xiàn)澆法）：（1）懸臂梁段澆筑與方案一相同;（2）先中跨合龍，并搭設(shè)邊跨吊架;（3）完成邊跨直線段與中跨合龍段澆筑，并在合龍段張拉對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束;（4）合龍邊跨后將吊架移除，并對全橋進(jìn)行合龍;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

方案三（無邊跨現(xiàn)澆段施工法）：（1）懸臂梁段澆筑與方案一相同;（2）搭設(shè)合龍吊架，完成中跨合龍;（3）邊跨掛籃向前推進(jìn)完成下一節(jié)段澆筑，并張拉對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束;（4）邊跨掛籃向前推進(jìn)完成邊墩墩頂節(jié)段澆筑，并張拉對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束，對全橋進(jìn)行合龍;（5）完成橋面鋪裝，全橋施工完成。

3 施工特點(diǎn)

根據(jù)對不同邊跨施工方案的工藝和工序內(nèi)容的分析，從不同角度對三種施工方法的施工特點(diǎn)進(jìn)行了綜合評估，結(jié)果如表1所示。

通過對比三種施工方案的施工特點(diǎn)可知，連續(xù)剛構(gòu)橋采用無邊跨現(xiàn)澆法施工操作更為簡單，設(shè)計工藝相對成熟，無須搭設(shè)其他輔助設(shè)備;施工成本較低，無須增加其他施工材料;成橋時間快，施工工期較短。經(jīng)綜合分析，采用無邊跨現(xiàn)澆法施工相對于其他兩種施工方法更適合該剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工。[JP]

4 建立模型

通過運(yùn)用有限元軟件Midas Civil建立連續(xù)剛構(gòu)橋數(shù)值模型，分別模擬采用三種施工方案進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段施工過程，模型中共包含191個單元，其中主梁單元95個，橋墩單元96個。全橋有限元模型如圖2所示。

模型中主梁和橋墩均采用梁單元模擬，上部結(jié)構(gòu)主梁箱梁材料采用C55混凝土，下部結(jié)構(gòu)橋墩材料采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1? 860 MPa的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。計算分析時荷載作用主要考慮結(jié)構(gòu)自重、人群活載;溫度荷載作用考慮整體升降溫±15? ℃;支座不均勻沉降取值-1 cm;收縮徐變作用按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTC D62-2004）要求考慮未來運(yùn)營十年的影響?；炷良邦A(yù)應(yīng)力鋼絞線材料參數(shù)分別如表2、表3所示。

5 結(jié)果與分析

為研究不同施工方案對連續(xù)剛構(gòu)橋受力和變形的影響，通過運(yùn)用數(shù)值分析軟件模擬三種邊跨現(xiàn)澆段施工方案成橋過程，并針對施工階段和運(yùn)營階段連續(xù)剛構(gòu)橋主梁關(guān)鍵截面的受力及變形的變化規(guī)律進(jìn)行對比分析。主梁關(guān)鍵截面單元號如圖3所示。

5.1 施工階段主梁受力及變形分析

5.1.1 撓度分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關(guān)鍵控制截面撓度變化曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，三種施工方案中主梁梁端節(jié)點(diǎn)撓度值相同，采用邊跨施工方案一和方案二在施工階段主梁各關(guān)鍵截面撓度變化趨勢基本保持一致，這說明兩種施工工藝較為成熟的邊跨施工方法對主梁撓度的影響較小。采用方案三的主梁各關(guān)鍵截面撓度變化整體大于方案一和方案二，其中方案三靠近邊墩節(jié)點(diǎn)和跨中節(jié)點(diǎn)撓度值相對較大，這對于主梁結(jié)構(gòu)線性要求是有利的，因此無邊跨施工方案對于橋梁線型而言相對較優(yōu)。

5.1.2 應(yīng)力分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關(guān)鍵控制截面上、下緣應(yīng)力變化曲線如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，三種施工方案在施工階段主梁上、下緣各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均受壓應(yīng)力作用，不同邊跨施工方案中主梁上緣壓應(yīng)力變化趨勢基本一致，除跨中節(jié)點(diǎn)方案二和方案三主梁受到的壓應(yīng)力稍大于方案一外，三種施工方案的主梁下緣應(yīng)力整體變化趨勢大致相似，其中方案一在靠近邊跨節(jié)點(diǎn)和跨中節(jié)點(diǎn)主梁下緣受到的壓應(yīng)力存在一定差值，但相差不大。由此可知，三種邊跨施工方案對施工階段主梁應(yīng)力的影響不大。[JP]

5.1.3彎矩分析

三種邊跨施工方案在施工階段的主梁關(guān)鍵控制截面彎矩變化曲線如圖6所示。

根據(jù)圖6可知，三種邊跨施工方案在施工階段主梁各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)彎矩變化趨勢大致相似，基本沿主梁跨中節(jié)點(diǎn)呈對稱分布，這說明采用三種方案施工橋梁均處于受力平衡狀態(tài)，其中方案三主梁跨中節(jié)點(diǎn)彎矩值要比方案一和方案二大。由于主梁跨中截面彎矩較大有利于橋梁整體受力平衡，因此采用無邊跨現(xiàn)澆段施工對于橋梁受力要優(yōu)于方案一和方案二。

5.2 運(yùn)營階段主梁受力及變形分析

5.2.1 撓度分析

通過模擬三種邊跨施工方案運(yùn)營過程，并針對運(yùn)營十年后主梁關(guān)鍵控制截面撓度變化情況進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖7所示。

根據(jù)圖7可知，在運(yùn)營階段三種施工方案主梁撓度值均以跨中節(jié)點(diǎn)為中心呈對稱分布，采用邊跨施工方案一和方案二時，主梁各關(guān)鍵截面撓度變化趨勢基本保持一致，方案三的主梁各關(guān)鍵截面撓度變化整體大于方案一和方案二，其中方案三靠近邊墩節(jié)點(diǎn)和跨中節(jié)點(diǎn)撓度值相對較大，這對于主梁結(jié)構(gòu)線性要求是有利的，因此無邊跨施工方案對于運(yùn)營階段橋梁線型而言相對較優(yōu)。

5.2.2 應(yīng)力分析

通過模擬三種邊跨施工方案運(yùn)營過程，并針對運(yùn)營十年后主梁關(guān)鍵控制截面應(yīng)力變化情況進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖8所示。

根據(jù)圖8可知，在運(yùn)營階段三種施工方案主梁上、下緣各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均受壓應(yīng)力作用，不同邊跨施工方案主梁上緣壓應(yīng)力變化趨勢基本一致，除跨中節(jié)點(diǎn)方案二和方案三主梁受到的壓應(yīng)力稍大于方案一外，三種施工方案的主梁下緣應(yīng)力整體變化趨勢大致相似。其中，方案一在靠近邊跨節(jié)點(diǎn)和跨中節(jié)點(diǎn)主梁下緣受到的壓應(yīng)力存在一定差值，但相差不大。由此可知，三種邊跨施工方案對施工階段主梁應(yīng)力的影響不大。

5.2.3 彎矩分析

通過模擬三種邊跨施工方案運(yùn)營過程，并針對運(yùn)營十年后主梁關(guān)鍵控制截面彎矩變化情況進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖9所示。

根據(jù)圖9可知，在運(yùn)營階段三種邊跨施工方案在主梁各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)彎矩變化趨勢大致相似，基本沿主梁跨中節(jié)點(diǎn)呈對稱分布，說明采用三種方案施工在運(yùn)營階段橋梁仍處于受力平衡狀態(tài)，其中方案三主梁跨中節(jié)點(diǎn)彎矩值要比方案一和方案二大，因此采用無邊跨現(xiàn)澆段施工對于運(yùn)營階段橋梁受力要優(yōu)于方案一和方案二。

6 結(jié)語

本文提出了一種連續(xù)剛構(gòu)橋新的邊跨現(xiàn)澆段施工方法，并針對施工特點(diǎn)與兩種施工工藝較為成熟的施工方法進(jìn)行了比較，論證了無邊跨現(xiàn)澆段施工的可行性和適用性。同時，采用數(shù)值模擬的方法，對比分析了三種邊跨施工方案連續(xù)剛構(gòu)橋主梁受力和變形的變化規(guī)律，得到以下主要結(jié)論：在施工階段和運(yùn)營階段，邊跨施工方案一和方案二主梁的受力狀態(tài)、應(yīng)力變形以及成橋線型變化機(jī)基本一致，方案三在這兩個階段的主梁應(yīng)力變形與方案一和方案二大致相同，但在主梁受力狀態(tài)和成橋線型方面要優(yōu)于方案一和方案二。研究成果可為類似連橋梁工程邊跨現(xiàn)澆段施工設(shè)計提供參考。

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