武鴻玉,鄒 威

(重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院,重慶 400074)

引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要橋型之一,它是連續(xù)梁橋與 T形剛構(gòu)橋的組合橋型,兼具二者的優(yōu)點.由于省去了大型支座,不受支座噸位限制,它比連續(xù)梁橋有更大的跨越能力,而且后期維護費用極低;墩梁固結(jié)使其體系轉(zhuǎn)換過程相對簡單,施工安全性高.連續(xù)剛構(gòu)橋多采用柔性橋墩,這種墩型對該多次超靜定體系由預(yù)應(yīng)力、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素引起的縱向變形有很好的適應(yīng)性.連續(xù)剛構(gòu)橋主要采用懸臂施工方法(懸臂澆筑或懸臂拼裝),合龍之前的施工階段,T構(gòu)的結(jié)構(gòu)和荷載都基本處于對稱狀態(tài),受力簡單明確.由于連續(xù)剛構(gòu)橋中墩梁固結(jié)為一個整體,箱梁與高墩的變形與內(nèi)力相互協(xié)調(diào)、相互影響,必須把二者同時分析.

合龍施工是懸臂施工預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工的重要環(huán)節(jié),此時橋梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)化,尤其在多跨連續(xù)梁中,不同的合龍順序?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力和位移會產(chǎn)生一定的影響,而且施工的繁簡程度、人工與設(shè)備的投入情況也有較大差異,因此要通過充分的論證,尋求結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移方面和施工繁簡程度方面的最優(yōu)組合,以達到最大的社會與經(jīng)濟效益.針對這個問題,本文以廣樂高速玉井特大橋為例,通過對其應(yīng)力與變形情況以及施工情況進行比較分析,得出最優(yōu)合龍順序方案.

1 工程概況

玉井特大橋主橋上部構(gòu)造為50 m+3×90 m+50 m五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋.箱梁斷面采用單箱單室,根部梁高5.7 m,跨中梁高2.6 m,頂板厚28 cm,底板厚從跨中至根部由28 cm變化為60 cm,腹板從跨中至根部分兩段采用45 cm、75 cm兩種厚度,箱梁高度和底板厚度按2次拋物線變化,箱梁頂板橫向?qū)?6.50 m,箱底寬8.0 m,翼緣懸臂長4.325 m.橋面鋪裝為10 cm瀝青混凝土層,布置為0.5 m(防撞護欄)+15.568 m(行車道)+0.432 m(防撞護欄).下部結(jié)構(gòu),6#墩、9#墩為雙肢等截面矩形實體薄壁墩,截面尺寸8×1.5 m,7#墩、8#墩為單肢等截面矩形空心薄壁墩,截面尺寸8×6 m.大橋整橋示意圖見圖1.

圖1 玉井特大橋示意圖

2 可能的合龍順序討論

目前我國修建的連續(xù)梁橋以及連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的合龍順序一般有以下五種.

(1)先將各T構(gòu)連成Π構(gòu),然后連接各個Π實現(xiàn)全橋合龍.這種方法又稱為先靜定“小合龍”,再超靜定“大合龍”.“小合龍”施工中有多個工作面,各工作面之間互不影響,進度較快,合龍施工中比較靈活,當跨數(shù)增多時,可以采用多種“大合龍”的組合方式.

(2)從兩端對稱往中間合龍.

(3)從中間往兩端對稱合龍.(2)、(3)兩種合龍方式都是對稱施工,都有兩個工作面,施工速度較快,施工組織較簡單.

(4)全橋一次全部合龍.這種合龍方式無疑是施工速度最快的,但需要較多的施工人員和設(shè)備,施工中協(xié)調(diào)組織工作量大,難度高;張拉跨中合龍束時,合龍束引起較大的次內(nèi)力[4].

(5)從一端依次往另一端合龍.這種方式施工中做好的 T構(gòu)可以馬上連成整體,施工中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高,但施工進度太慢,尤其是在跨數(shù)較多的時候,只有在施工機具非常緊張,沒有工期要求的時候可以考慮采用.

據(jù)統(tǒng)計第1、2種方法使用較多,第3、4種方法使用較少,第5種方法現(xiàn)在幾乎不再使用[5].

相應(yīng)于以上幾種合龍順序,本文對以下幾種情況進行了對比分析.

順序1:先合龍第1、3、5跨,再合龍第2、4跨;

順序2:先合龍第1、5跨,然后合龍第2、4跨,最后合龍第3跨;

順序3:先合龍第3跨,然后合龍第2、4跨,最后合龍第1、5跨;

順序4:五跨全部一次合龍;

順序5:依次合龍第1～5跨.

3 施工過程結(jié)構(gòu)分析

本文分析采用Midas/civil7.9結(jié)構(gòu)分析軟件進行施工階段分析.主橋箱梁采用C50混凝土,主橋墩身采用C40混凝土.全橋的縱橫向以及豎向的預(yù)應(yīng)力鋼筋采用sφ15.2鋼絞線,共294束.采用梁單元模擬箱梁與橋墩,箱梁劃分為125個單元,橋墩劃分為193個單元,全橋共劃分為318個單元.6#～9#墩底端邊界簡化固定端,上端與箱梁剛性連接,5#墩與 10#墩為過渡墩,模型未建出,橋梁兩端直接落在可動鉸支座上(全橋模型見圖2).1#～10#標準節(jié)段分別劃分為三個施工階段,分別為掛籃前移/拼裝(1天)、混凝土澆筑(7天)、鋼束張拉(1天).

圖2 全橋整體空間模型

施工階段分析中考慮的荷載有結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、二期恒載,所得應(yīng)力與位移均為各項荷載分別作用下的合計值,以下分析均基于最后一個施工階段(橋面鋪裝完成)的結(jié)果.

表 1為各方案成橋時墩頂水平位移.從表中可以看出不同合龍順序?qū)倶?gòu)橋成橋后墩頂位移有一定的影響.順序4中各墩墩頂位移均較小,從變形角度來看應(yīng)該是最優(yōu)方案,但是這種全橋一次合龍的施工方案,對于多跨長聯(lián)的剛構(gòu)橋來說施工中一次投入比較大,不夠經(jīng)濟,除非工期要求非常緊迫,否則已幾乎不再使用;順序1中各墩頂位移比較均勻,也比較小,是目前采用較多的合龍方案;順序3中各墩頂位移也比較均勻,但比順序1普遍要大;順序2與順序5中邊墩位移比其他幾種順序都要大.

表1 不同合龍順序下墩頂位移/(m)

表2為各合龍順序施工階段墩身最大應(yīng)力,墩身最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底位置.從表中可以看出,不同合龍順序?qū)?#墩、9#墩最大應(yīng)力影響較大,最大差值與其相應(yīng)均值之比達到20%,對7#墩、8#墩影響較小,最大差值與其相應(yīng)均值之比為6%到8%.各墩最大應(yīng)力的最小值均出現(xiàn)在順序4中,其次順序1中邊墩應(yīng)力均小于其他三種,順序2與順序5中應(yīng)力值均較大.

表2 橋墩最大應(yīng)力/(MPa)

表 3為各合龍順序成橋時箱梁頂板與地板最大應(yīng)力值以及最大應(yīng)力出現(xiàn)的截面位置.表中可以看出,頂板最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在箱梁四分之一跨附近,底板最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在距跨中兩個號塊的位置,其各種順序最大差與相應(yīng)平均值之比,頂板為6%,底板為5%,都比較小.

表3 箱梁最大應(yīng)力/(MPa)

4 結(jié)論與建議

在當前我國橋梁工程大規(guī)模建設(shè)時期,連續(xù)剛構(gòu)橋以其受力合理、施工技術(shù)簡單可靠、經(jīng)濟性好、行車舒適等諸多優(yōu)勢成為選用最多的橋型之一.設(shè)計與施工中橋體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形的合理與優(yōu)化是我們最為關(guān)切的問題,這是保證橋梁的安全、適用、耐久的基礎(chǔ);同時施工方法的簡便性、安全性與經(jīng)濟性也是工程建設(shè)中必須考慮的問題.根據(jù)本文對依托工程橋梁的分析可以得出以下結(jié)論與建議:

不同合龍順序?qū)υ摱嗫邕B續(xù)剛構(gòu)橋墩頂位移與墩身應(yīng)力影響較大,且對邊墩影響比中墩要大,對箱梁頂板與底板應(yīng)力影響較小.墩頂位移產(chǎn)生的原因可以分成兩部分,一部分由箱梁軸向變形引起,一部分由荷載不對稱或結(jié)構(gòu)不對稱引起,對各墩而言,兩者或同向或反向,這要通過具體分析來確定.

通過分析比較,本橋較采用順序1較為合理,即先合龍第1、3、5跨,再合龍第2、4跨,這也是本工程最終采用的合龍施工順序.這種合龍順序能使得墩頂位移與墩梁應(yīng)力均取得較小值,成橋結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越,而且只需兩步即可完成全橋合龍,大大提高施工進度,設(shè)備一次投入較為合理,有較好的經(jīng)濟效益.順序4全橋一次合龍雖然內(nèi)力與位移都比較理想,但是由于一次投入大,施工協(xié)調(diào)與控制難度高,所以不推薦采用.其他幾種合龍順序與第 1種相比,在結(jié)構(gòu)受力與變形控制方面或者施工方便性方面有所不及,但從結(jié)構(gòu)分析結(jié)果來看,內(nèi)力與變形的絕對差值都不大,當實際施工中順序1受限制不宜采用時,也可依據(jù)實際情況選取其他幾種合龍順序.

[1] JTG D62)2004,公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG D60)2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[3] 范立礎(chǔ).橋梁工程(上冊)[M].北京:人民交通出版社,2001

[4] 劉吉士,張俊義.橋梁施工百問[M].北京:人民交通出版社,2003

[5] 郝海峰.多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋合理合龍方案研究[D].西安:長安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011

[6] 胡清和.多跨連續(xù)剛構(gòu)橋構(gòu)造分析及合龍技術(shù)研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009

[7] 周 鑫,張雪松,向中富.懸臂施工連續(xù)梁橋合攏方案的討論[J].公路交通技術(shù),2006,4(7)