楊 飛

(中鐵二局股份有限公司,四川成都 610032)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋常見(jiàn)的施工形式有懸臂施工和支架現(xiàn)澆兩種。當(dāng)橋墩較高,或地形條件不適合搭設(shè)支架時(shí),通常利用掛籃分節(jié)段懸臂澆筑,懸臂澆筑完最后一個(gè)節(jié)段,接下來(lái)就是合龍段施工,進(jìn)行全橋合龍。作為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工最為重要的環(huán)節(jié),合龍段施工的成敗決定了整座連續(xù)梁的施工質(zhì)量。本文以某座連續(xù)梁橋的施工為工程背景,分析不同的施工順序?qū)︻A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁合龍施工的影響。

1 工程概況

該橋全長(zhǎng)為 136 m,計(jì)算跨度為(40+56+40)m。中支點(diǎn)梁高 4.6 m,跨中梁高 2.7 m。梁體結(jié)構(gòu)為單箱單室、直腹板、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁底寬 5.8 m,梁頂寬 11.4 m。頂板厚度除梁端附近外均為 35c m,底板厚度 39～70 c m,按直線線性變化;腹板厚 35～70 c m,按折線變化。

該橋采用掛籃懸臂施工,全橋共有 3個(gè)合龍段,其中邊跨合龍段兩個(gè),中跨合龍段一個(gè)。

2 總體施工方案

2.1 合龍時(shí)間的選擇

合龍時(shí)間的選擇,即合龍溫度的選擇。一天的氣溫變化呈現(xiàn)正弦曲線的規(guī)律。在懸臂澆筑過(guò)程中,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是靜定結(jié)構(gòu),溫度變化不會(huì)使其產(chǎn)生溫度應(yīng)力。但當(dāng)合龍之后,即體系轉(zhuǎn)化完成之后,該靜定結(jié)構(gòu)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu),溫度的變化勢(shì)必產(chǎn)生相應(yīng)的溫度應(yīng)力?；炷两Y(jié)構(gòu)中的溫度變化還與結(jié)構(gòu)的方位和朝向有關(guān)。在日照的作用下,混凝土梁的頂、底面會(huì)出現(xiàn)較大的溫差。此外,由混凝土的熱物理性質(zhì)可知,混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)很小,在外表面溫度變化較大的情況下,存在明顯的溫度滯后,從而在混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)溫度沿板厚度分布不均勻的情況。這種分布不均勻的溫度會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

為此,查閱了過(guò)去五年內(nèi)該季節(jié)的溫度變化情況,發(fā)現(xiàn)晚上 23:00至翌日凌晨 6:00,這一時(shí)段內(nèi)氣溫變化最小,即該時(shí)段的溫度場(chǎng)相對(duì)較均勻。故選擇這一時(shí)段為合龍時(shí)段。

2.2 合龍段剛性支撐

合龍段澆筑完成之后到混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度還有很長(zhǎng)一段時(shí)間,這段時(shí)間內(nèi)氣溫會(huì)經(jīng)歷由低到高,再由高到低的反復(fù)變化。如果由合龍段混凝土再承受此時(shí)的溫度應(yīng)力,可能產(chǎn)生混凝土拉裂或壓碎。因此不能靠混凝土來(lái)承受此時(shí)的溫度應(yīng)力,而是用剛性支撐代替混凝土受力。

剛性支撐分為體內(nèi)支撐和體外支撐兩種,考慮材料的循環(huán)利用,該橋采用體外剛性支撐的形式。

(1)邊跨合龍段:在箱梁頂、底板分別設(shè)置3組 2[32a作為外剛性支撐。

(2)中跨合龍段:在箱梁頂、底板分別設(shè)置4組 2[32a作為外剛性支撐。

3 合龍施工順序?qū)淆埗误w外剛性支撐的影響

3.1 邊跨合龍施工順序

(1)順序 1:待邊跨合龍段合龍完成,且相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束張拉之后,拆除兩個(gè)邊墩支座的臨時(shí)約束。

(2)順序 2:邊跨合龍之前,體外剛性支撐安裝完成,張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力,解除邊墩支座的臨時(shí)約束,進(jìn)行混凝土澆筑。

上述兩個(gè)方案的區(qū)別在于拆除邊墩支座的臨時(shí)約束的時(shí)間。

3.2 中跨合龍施工順序

(1)順序 1:待中跨合龍段合龍完成,且相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束張拉之后,拆除主墩臨時(shí)支墩及主墩永久性支座的臨時(shí)約束。

(2)順序 2:中跨合龍之前,體外剛性支撐安裝完成,張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力,拆除臨時(shí)支墩及永久性支座的臨時(shí)約束,進(jìn)行混凝土澆筑。

上述兩種方案的區(qū)別在于拆除臨時(shí)支墩的時(shí)間和解除中墩支座臨時(shí)約束的時(shí)間。

3.3 結(jié)構(gòu)分析

為分析不同的施工順序?qū)淆埗误w外剛性支撐的影響,筆者采用大型通用有限元軟件midas建立計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

溫度荷載采用晝夜溫差和日照溫差兩種荷載工況。晝夜溫差是指正午最高氣溫和夜間最低氣溫之差。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髥挝惶峁┑馁Y料,該溫差取為 15℃。

日照溫差是指正午時(shí)分,當(dāng)陽(yáng)光直射橋面時(shí),橋面溫度與梁底溫度之差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試,該值取為 15℃。

3.3.1 邊跨合龍分析

(1)順序 1:由于邊墩支座的臨時(shí)約束在合龍后解除,即合龍過(guò)程中,邊墩縱向活動(dòng)支座不能發(fā)生作用,類(lèi)似于固定支座。因此邊墩處的縱向位移必須被限制。

(2)順序 2:體外剛性支撐安裝完成,臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束張拉之后即可解除邊墩支座的臨時(shí)約束,模型中邊墩的縱向位移即 D X方向的約束消失。

邊跨合龍段的計(jì)算模型如圖1所示。

由于圖形較小,兩個(gè)模型看不出區(qū)別,但經(jīng)局部放大可以看出,該模型與上一個(gè)模型的不同之處在于該模型邊墩支座處的邊界條件,如圖 2所示。

圖2 邊墩處支座約束

3.3.2 中跨合龍分析

計(jì)算模型如圖 3所示。

經(jīng)程序計(jì)算,在日照溫差和晝夜溫差的共同作用下,剛性支撐受力狀況見(jiàn)表 1。

?

?

由表 1可以看出,邊跨合龍如按施工順序 1進(jìn)行,[32a最大應(yīng)力已經(jīng)超出其容許應(yīng)力 188 MP a,但如采用施工順序2,最大正應(yīng)力在容許應(yīng)力范圍之內(nèi), 故應(yīng)采用順序 2的方式進(jìn)行邊跨合龍。同理,中跨合龍也應(yīng)采用順序 2。

前面提到了,邊跨合龍時(shí),順序 1和順序 2的唯一區(qū)別是邊墩支座臨時(shí)約束何時(shí)解除,其余條件均相同。相應(yīng)的計(jì)算模型也只有邊界條件一點(diǎn)微小的區(qū)別(見(jiàn)圖 2),但計(jì)算結(jié)果相距甚遠(yuǎn)。這是因?yàn)槿绻麆傂灾魏附又?不解除邊墩縱向活動(dòng)支座的臨時(shí)約束,當(dāng)梁體在溫度荷載的作用下發(fā)生變形,其縱向位移被臨時(shí)約束所限制,由此便產(chǎn)生很大的內(nèi)力,從而導(dǎo)致剛性支撐被破壞,迫使合龍段混凝土過(guò)早承受荷載,使合龍段混凝土壓碎。中跨合龍的情形與之類(lèi)似,當(dāng)溫度作用下的變形被臨時(shí)支墩和活動(dòng)支座的臨時(shí)約束限制時(shí),溫度荷載會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生很大的內(nèi)力。

3.3.3 連續(xù)梁合理的合龍順序

(1)邊跨合龍:在當(dāng)天最低溫度時(shí)焊接勁性骨架,張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力;解除邊墩永久性支座的臨時(shí)鎖定,確保支座可以活動(dòng);澆筑混凝土;待混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),張拉合龍段預(yù)應(yīng)力、管道壓漿;拆除體外剛性支撐。

(2)中跨合龍:在當(dāng)天最低氣溫時(shí)焊接勁性骨架,張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力;拆除主墩臨時(shí)支墩并解除永久性支座的臨時(shí)鎖定;澆筑混凝土;待混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求,張拉合龍段預(yù)應(yīng)力、管道壓漿;拆除體外剛性支撐。

4 結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)梁合龍段的施工是連續(xù)梁施工的關(guān)鍵工序,本文以一個(gè)連續(xù)梁的施工為工程背景,建立計(jì)算模型分析了不同的施工順序?qū)B續(xù)梁合龍的影響,為連續(xù)梁施工提供了一定的參考。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]向木生.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2002,15(4):38-42

[3]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001