宋 福

(神華新準(zhǔn)鐵路公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

混凝土連續(xù)梁成橋方法對(duì)結(jié)構(gòu)和施工支架受力狀態(tài)的影響分析

宋 福

(神華新準(zhǔn)鐵路公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

本文在介紹混凝土連續(xù)梁橋變更施工方法三個(gè)案例的基礎(chǔ)上，以某四跨連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，分析了不同成橋方法?duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響，研究混凝土連續(xù)梁橋變更成橋方法對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)的影響;對(duì)在支架上張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)支架立柱的內(nèi)力變化進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，支架立柱的反力與常規(guī)計(jì)算的結(jié)果不同，需要對(duì)部分立柱進(jìn)行加強(qiáng)。

混凝土連續(xù)梁 成橋方法 支架立柱

由于受橋位處施工環(huán)境等因素的影響或限制，工程實(shí)踐中連續(xù)梁變更成橋方法不可避免，如滿堂支架現(xiàn)澆變更為節(jié)段懸澆，或?yàn)榧涌焓┕みM(jìn)度將節(jié)段懸澆變更為滿堂支架現(xiàn)澆等。除以上常規(guī)變更外，也有個(gè)別橋梁采用了非常規(guī)的變更方法。本文對(duì)連續(xù)梁變更成橋方法的影響進(jìn)行了分析。

施工中混凝土連續(xù)梁變更成橋方法會(huì)使結(jié)構(gòu)在施工和成橋時(shí)產(chǎn)生不同的內(nèi)力狀態(tài)和線形狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋配束也不一樣，比如滿堂支架現(xiàn)澆的連續(xù)梁與節(jié)段懸澆連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力束的配置是不同的。橋梁施工圖一般都會(huì)給出成橋方法，如改變成橋方法則要有相應(yīng)的變更設(shè)計(jì)圖，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大。

在連續(xù)梁的施工方法中，滿堂支架法施工是經(jīng)常采用的施工方法。對(duì)采用支架現(xiàn)澆施工的連續(xù)梁在進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，將混凝土濕重一般按支撐立柱的間距來(lái)分配荷載，并據(jù)此驗(yàn)算支架的承載力。在支架上張拉預(yù)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致支撐立柱的反力產(chǎn)生重分配，即部分支撐立柱的反力增大，部分支撐立柱的反力減小。施工中應(yīng)對(duì)施工支架的安全性給予重視，特別是在支撐立柱強(qiáng)度安全儲(chǔ)備不多時(shí)要考慮到在支架上張拉預(yù)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致支撐立柱反力的增大，否則可能產(chǎn)生安全隱患。

本文簡(jiǎn)要介紹三種非典型混凝土連續(xù)梁變更成橋方法，以其中的一座連續(xù)梁橋?yàn)閷?duì)象，對(duì)變更成橋方法產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)及線形狀態(tài)的變化，以及在滿堂支架上張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)支撐立柱反力的影響進(jìn)行計(jì)算分析，探討變更成橋方法對(duì)支架受力狀態(tài)的影響。

1 連續(xù)梁成橋方法變更實(shí)例

1.1 中跨合龍后再施工邊跨(實(shí)例一)

某連續(xù)梁橋原設(shè)計(jì)采用掛籃施工，但由于兩邊跨直線段分別跨越河道和公路，無(wú)法搭設(shè)支架進(jìn)行現(xiàn)澆段施工。因此改為先對(duì)稱施工至6#塊后合龍中跨，然后繼續(xù)采用掛籃施工邊跨至8#塊，同時(shí)在中跨進(jìn)行配重。最后利用墩旁支架在墩頂施工9#塊。圖1為其成橋方法的結(jié)構(gòu)示意。采用此成橋方法，因7#，8#段改為懸臂掛籃施工，需要重新設(shè)計(jì)懸臂施工階段的預(yù)應(yīng)力束布置方式。

1.2 邊跨支架施工中跨掛籃施工(實(shí)例二)

某連續(xù)梁原設(shè)計(jì)采用滿堂支架法施工，且邊跨滿堂支架已全部搭設(shè)完成，但由于中跨道路未能按原計(jì)劃完成，無(wú)法搭設(shè)支架，導(dǎo)致本橋須變更施工方法，即采用節(jié)段掛籃澆注施工代替滿堂支架法。由于邊跨滿堂支架已搭設(shè)完成，如拆除全部支架將提高施工成本，因此決定采用邊跨在支架上分段澆筑，中跨采用掛籃分段澆注的成橋方法，每節(jié)段先施工邊跨，然后在中跨掛籃懸臂澆筑對(duì)應(yīng)節(jié)段。圖2為變更成橋方法后的施工示意。

由于兩邊支撐方式不同，為滿足抗傾覆穩(wěn)定要求，在中跨設(shè)置了鋼管支撐，為確保安全又在邊跨配置了壓重。該成橋方法的施工順序本質(zhì)上與采用兩邊掛籃對(duì)稱澆筑的常規(guī)施工方法相同，但結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)和變形是有差別的。

圖1 先合龍中跨再施工邊跨施工示意

圖2 邊跨支架中跨掛籃成橋方法示意

1.3 一主墩范圍內(nèi)支架施工其余結(jié)構(gòu)掛籃施工

(實(shí)例三)

某四跨一聯(lián)連續(xù)梁原設(shè)計(jì)采用掛籃施工，受橋位處施工條件限制，變更為在一主墩范圍內(nèi)的梁段采用支架現(xiàn)澆，其余兩主墩采用掛籃節(jié)段懸澆，施工示意如圖3。

圖3 一主墩范圍內(nèi)支架其余兩主墩掛籃成橋施工示意

同樣，該成橋方法與常規(guī)的施工方法不同，因此也對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，支架施工的結(jié)構(gòu)與懸臂掛籃澆筑的結(jié)構(gòu)在梁段劃分及預(yù)應(yīng)力束布置均不同。變更成橋方法后施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)也相應(yīng)變化，支架拆除與中跨合龍的先后順序?qū)ΜF(xiàn)澆段的應(yīng)力狀態(tài)和變形也有較大的影響。如支架在中跨合龍后再拆除，則張拉合龍束時(shí)會(huì)使支架立柱的內(nèi)力發(fā)生重分布。

2 成橋方法對(duì)結(jié)構(gòu)和施工支架受力的影響分析

2.1 工程概況

某鐵路客運(yùn)專線四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(施工示意如圖3)，其跨徑為(48+80+80+48)m，原設(shè)計(jì)采用掛籃對(duì)稱懸臂灌注的成橋方法，但由于1#墩～2#墩范圍內(nèi)的拆遷問(wèn)題而導(dǎo)致工期延誤。3#墩～5#墩跨高架，梁部無(wú)法采用滿堂支架法施工。為縮短整橋施工工期，以2#墩～3#墩跨中合龍段為分界點(diǎn)，分界點(diǎn)至5#墩采用懸臂灌注法施工，1#墩至分界點(diǎn)采用滿堂支架法施工。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.2.1 計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁博士3.1.0結(jié)構(gòu)分析程序，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖4(成橋狀態(tài))。模型中橋梁上部結(jié)構(gòu)劃分為144個(gè)單元，共145個(gè)節(jié)點(diǎn)。施工過(guò)程按照設(shè)計(jì)資料提供的成橋方法施工。

圖4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.2.2 計(jì)算工況

表1為計(jì)算模型中的詳細(xì)施工工況表，梁體節(jié)段劃分見(jiàn)圖3。

2.3 計(jì)算分析

為了分析變更成橋方法對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)和變形的影響，對(duì)采用掛籃對(duì)稱懸澆的施工方法和一主墩范圍采用支架現(xiàn)澆其余兩主墩采用掛籃的成橋方法進(jìn)行對(duì)比分析，其中后者又可分為支架在中跨合龍前拆除和合龍后拆除兩種工況。由于橋梁主橋結(jié)構(gòu)形式不變，恒載是一定的，故主要對(duì)恒載作用下不同成橋方法對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行比較分析。

表1 理論分析工況

2.3.1 成橋方法對(duì)恒載應(yīng)力的影響分析

表2為恒載作用下施工過(guò)程中上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，二期恒載集度為134 kN/m。

表2 恒載作用的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)比 MPa

從表2計(jì)算結(jié)果可以看出，與掛籃對(duì)稱懸澆的成橋方法相比，采用一主墩支架其余兩主墩掛籃施工時(shí)，上部箱梁結(jié)構(gòu)上、下緣最大應(yīng)力、最大主應(yīng)力等均有所增加，其中下緣最大應(yīng)力增大了1.32 MPa。此外，支架拆除與中跨合龍的先后順序?qū)Ω黜?xiàng)應(yīng)力指標(biāo)也有所影響。

2.3.2 成橋方法對(duì)變形的影響分析

圖5給出在恒載作用下上部結(jié)構(gòu)的累計(jì)變形計(jì)算結(jié)果。

圖5 不同成橋方法對(duì)上部結(jié)構(gòu)變形的影響

從圖5可見(jiàn)，在恒載作用下，不同成橋方法對(duì)上部結(jié)構(gòu)變形的影響是比較明顯的，特別是支架拆除與中跨合龍的先后順序不同對(duì)變形的影響有近40 mm，即在合龍前拆除支架會(huì)使最大懸臂端產(chǎn)生40 mm的向下變形，為確保安全施工，最后采用了后拆除支架的施工順序。

2.4 預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)支撐立柱內(nèi)力的影響分析

本橋變更為一主墩范圍內(nèi)滿堂支架其余兩主墩掛籃的成橋方法，并且采用支架在張拉合龍完成后拆除的施工順序，即1號(hào)主墩范圍內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)梁段的預(yù)應(yīng)力張拉及合龍預(yù)應(yīng)力束張拉需在滿堂支架上進(jìn)行，因成橋方法不同而增加的對(duì)施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)即支架結(jié)構(gòu)的受力分析也至關(guān)重要。以往在進(jìn)行支架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般是將混凝土濕重按支撐立柱的間距來(lái)分配荷載，驗(yàn)算支架的承載力。因此本橋在支架設(shè)計(jì)時(shí)原來(lái)并未考慮在支架上張拉預(yù)應(yīng)力所導(dǎo)致的支撐立柱的反力重分配，后經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)考慮反力重分配后的支撐立柱安全系數(shù)小于施工安全需求，故進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。圖6為本橋1號(hào)主墩范圍內(nèi)上部結(jié)構(gòu)梁段和支撐立柱布置示意圖。

2.4.1 計(jì)算分析模型

根據(jù)2.2節(jié)建立的計(jì)算模型，取其1號(hào)主墩范圍內(nèi)上部結(jié)構(gòu)，在支撐立柱處設(shè)置單向支撐。整個(gè)支架現(xiàn)澆段結(jié)構(gòu)劃分為60個(gè)單元，共61個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型見(jiàn)圖7。

圖6 上部結(jié)構(gòu)梁段和支撐立柱布置示意

圖7 支架現(xiàn)澆段結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.4.2 預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響分析

按混凝土濕重分配計(jì)算的各支撐立柱的反力列于表3的第一行，表3的其余部分為按照變更后的成橋施工順序，各個(gè)工況下支撐立柱反力的變化情況。

表3 支撐立柱與永久支座反力kN

從表3的計(jì)算結(jié)果可以看出，按混凝土濕重計(jì)算得到的各支撐立柱反力是相對(duì)接近的。但按實(shí)際施工工況模擬計(jì)算的支撐立柱反力與按混凝土濕重的計(jì)算結(jié)果差別很大，特別是5#和8#支撐立柱在張拉B段預(yù)應(yīng)力束時(shí)的反力分別為5 170 kN和5 520 kN，比按混凝土濕重計(jì)算的反力大很多，其中5#支撐立柱的反力是按濕重計(jì)算的1.4倍;8#支撐立柱的反力是按濕重計(jì)算的2.3倍。4#，9#支柱所受到的最大反力也明顯大于按濕重分配計(jì)算的反力。由此可見(jiàn)，在支架上張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)支撐立柱的影響是不能忽視的，在這種成橋方法中是一個(gè)必須考慮的因素。

3 結(jié)論與建議

由混凝土連續(xù)梁成橋施工方法變更的案例可以看出，成橋方法的變更必然會(huì)影響到結(jié)構(gòu)施工節(jié)段的劃分、結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力束布置和施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)的布置等各方面。在一個(gè)主墩范圍內(nèi)把施工方法從懸臂掛籃澆注變更為滿堂支架現(xiàn)澆，由于施工方法的不同，連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下，結(jié)構(gòu)的受力及變形均不同，因需要在支架上張拉部分節(jié)段的預(yù)應(yīng)力及中跨合龍預(yù)應(yīng)力，支架立柱的反力與常規(guī)計(jì)算的結(jié)果不同，需要對(duì)部分立柱進(jìn)行加強(qiáng)。通過(guò)本文的分析，希望在工程實(shí)踐中引起對(duì)不同施工方法下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、及施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力變化的重視。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10002.1—2005 鐵路橋涵基本設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部．JGJ 164—2008 建筑施工木腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑出版社，2005．

［4］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院．TZ 324—2010 鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))懸臂澆筑施工技術(shù)指南［S］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2010．

U455．46

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．01

1003-1995(2013)05-0001-04

2012-11-20;

2013-02-20

宋福(1966— )，男，山西廣靈縣人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)