客運(yùn)專線多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍順序?qū)蚨账巾斖莆灰朴绊懷芯?/h1>
2015-01-10 00:50:10劉華為
城市道橋與防洪 2015年2期
劉華為
(中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司,湖北十堰442000)
0 引言
隨著計(jì)算手段、建造技術(shù)、材料性能的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)了向大跨、輕型、高強(qiáng)、整體及組合的方向發(fā)展，新型的超靜定結(jié)構(gòu)愈發(fā)常見，主體結(jié)構(gòu)形成后，超靜定次數(shù)也較以前高很多。結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)大大增加，使得結(jié)構(gòu)對(duì)材料彈性模量、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力筋的張拉、結(jié)構(gòu)降溫將會(huì)很敏感，同時(shí)對(duì)該橋內(nèi)力狀態(tài)將產(chǎn)生較大影響。連續(xù)梁合龍過程是橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化的過程，使得連續(xù)梁從原來的懸臂T構(gòu)的靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的超靜定結(jié)構(gòu)，合龍過程會(huì)伴隨著結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力重分布的過程。多跨連續(xù)剛構(gòu)不同的合龍順序會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的豎向變形和不同的內(nèi)力重分布。同時(shí)，連續(xù)剛構(gòu)合龍時(shí)橋墩會(huì)發(fā)生向內(nèi)側(cè)傾斜變形，如果成橋后橋墩的變形超出控制范圍，在施工過程中和運(yùn)營(yíng)過程中，橋墩外側(cè)因混凝土受拉而開裂破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，在多跨連續(xù)剛構(gòu)施工中，研究合龍順序?qū)蚨枕斖扑轿灰朴绊懢哂蟹浅Ｖ匾囊饬x。
1 工程概況
某客運(yùn)專線特大橋主橋采用60+100+100+60（m）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。箱梁頂板寬12.2 m，箱梁底板寬6.7 m。頂板厚度除梁端附近外均為40 cm，底板厚度由主墩根部120 cm變至跨中及邊跨直線段40 cm，按直線線性變化，腹板厚度由主墩墩頂100 cm變至跨中及邊跨支點(diǎn)60 cm、按折線變化，全梁在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)置橫隔墻。梁體全長(zhǎng)321.5m，中支點(diǎn)處梁高7.85 m，跨中2.0 m范圍內(nèi)及邊跨現(xiàn)澆段梁高為4.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心至梁端0.75 m。
2 兩種合龍方案計(jì)算結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.1 合龍方案
（1）原合龍方案（簡(jiǎn)稱方案一）：
采取先合龍邊跨再進(jìn)行中跨合龍的合龍順序，此合龍順序是在兩邊跨各變?yōu)槌o定體系后，限制邊跨梁的轉(zhuǎn)角和豎向變形，進(jìn)而進(jìn)行中跨合龍。這種合龍方案可準(zhǔn)確地滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。
（2）改后的合龍方案（簡(jiǎn)稱方案二）：
在先合龍中跨情況下，由于結(jié)構(gòu)體系的不同及水平頂推力的變化，會(huì)比原有方案對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力線形有一定的改變。
2.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖
兩種合龍方案包括由最大懸臂狀態(tài)至成橋階段結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1～圖6所示。
（1）方案一：主橋合龍過程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（見圖1～圖4）。
圖1 最大懸臂狀態(tài)示意圖
圖2 邊跨先合龍示意圖
圖3 邊跨合龍后進(jìn)行中跨合龍前的頂推示意圖
圖4 主體結(jié)構(gòu)施工完成成橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（2）方案二：主橋合龍過程簡(jiǎn)圖（見圖5、圖6）。
圖5 中跨施加水平頂推力與合龍示意圖
圖6 邊跨合龍與成橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3 水平位移量?jī)?yōu)化控制分析
水平位移的控制是在合龍順序改變過程中的重要一環(huán)，其關(guān)系著成橋運(yùn)營(yíng)階段橋梁長(zhǎng)期荷載組合情況下橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布變化，進(jìn)而影響著橋梁的線形是否合理、美觀，橋梁內(nèi)力是否分布較為均勻合理、行車是否舒適，以及能否經(jīng)受住偶然荷載的作用。
水平位移量的產(chǎn)生是由于當(dāng)大跨度連續(xù)剛構(gòu)混凝土橋梁采用懸臂施工方法時(shí)，每一塊段的混凝土齡期段，其徐變、收縮效應(yīng)較為明顯。結(jié)構(gòu)不對(duì)稱或懸臂施工的進(jìn)度不同，則徐變、收縮發(fā)展的歷程不同，使左右兩半跨產(chǎn)生的撓度和轉(zhuǎn)角不同，若不能預(yù)先較為準(zhǔn)確地計(jì)入徐變、收縮效應(yīng)，并采取相應(yīng)措施，將導(dǎo)致合龍困難。
水平位移是依據(jù)合龍過程中由于頂推力產(chǎn)生水平位移量的多少為前提，輔以應(yīng)力控制，在應(yīng)力需要滿足的前提下進(jìn)行水平頂推力的修正，以滿足應(yīng)力水平的前提下達(dá)到預(yù)計(jì)算的水平位移的目的。
4 兩種合龍方案水平位移量計(jì)算分析
方案一的水平位移計(jì)算結(jié)果為原設(shè)計(jì)過程中得到的合龍過程中最佳狀態(tài)，即施加500 t水平頂推力作用下的邊跨合龍完成后的水平位移，是計(jì)算方案二合龍過程中的水平頂推力的一個(gè)參照，因此有必要對(duì)方案一的水平頂推力進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算預(yù)估。據(jù)此，經(jīng)過大量復(fù)雜的計(jì)算，依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況，考慮實(shí)際施工過程中合龍溫度有高于設(shè)計(jì)合龍溫度的可能，同時(shí)在此階段進(jìn)行施工階段時(shí)間定義時(shí)特別設(shè)置為極短的時(shí)間歷程下，綜合分析排除干擾得到了方案一在邊跨合龍后中跨處施加500 t水平頂推控制力的水平位移圖（見圖7），以及相應(yīng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)表（見表1、表2）。
圖7 水平頂推力500 t作用下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（方案一）
表1 水平頂推力500 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）
表2 水平頂推力500t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）
表1和表2的數(shù)據(jù)說明方案一在頂推力作用下3#墩邊跨各個(gè)塊件產(chǎn)生的兩側(cè)變形值均值為3 cm左右，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5 cm左右，數(shù)值表示與頂推力方向一致的水平位移值。由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為1#墩5 cm，3#墩3 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲(chǔ)存，在長(zhǎng)期荷載效應(yīng)條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預(yù)應(yīng)力鋼束的損失逐漸消耗。
以此水平位移量為主要參考量，進(jìn)行中跨合龍的合理性分析：對(duì)最大懸臂狀態(tài)下的水平頂推力進(jìn)行試算分析，得到最佳頂推力結(jié)果（見表3和表4）。圖8為兩種合攏方案不同推力作用下的水平位移對(duì)比圖。
表3 水平頂推力320 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）
從表3和表4的數(shù)據(jù)和圖8可知，方案二在調(diào)整頂推力為320 t作用下3#墩邊跨各個(gè)塊件產(chǎn)生的兩側(cè)變形值均值為3 cm，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5.2 cm，數(shù)值表示與頂推力方向一致的水平位移值，由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為3#墩與1#墩的3 cm和5.2 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲(chǔ)存，在長(zhǎng)期荷載效應(yīng)條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預(yù)應(yīng)力鋼束的損失逐漸消耗。與方案一的數(shù)值對(duì)比基本保持一致，因此，在頂推力施加時(shí)即考慮收縮徐變的長(zhǎng)期影響條件下，對(duì)合龍過程中的頂推力調(diào)整為原頂推力的64%。
表4 水平頂推力320t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）
圖8 兩種合龍方案不同頂推力作用下的水平位移對(duì)比圖
5 結(jié)論
綜上所述：在考慮兩種合龍方案條件下，中跨首先合龍時(shí)改變頂推力的作用大小至一個(gè)合理數(shù)值能夠較好地滿足水平位移的要求；可以保證橋梁在成橋后橋墩處于合理的變形范圍，使得橋梁在后期的運(yùn)營(yíng)過程中不會(huì)因橋墩的變形造成梁體預(yù)應(yīng)力的松弛損失，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)。
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1 工程概況
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2 兩種合龍方案計(jì)算結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.1 合龍方案
（1）原合龍方案（簡(jiǎn)稱方案一）：
采取先合龍邊跨再進(jìn)行中跨合龍的合龍順序，此合龍順序是在兩邊跨各變?yōu)槌o定體系后，限制邊跨梁的轉(zhuǎn)角和豎向變形，進(jìn)而進(jìn)行中跨合龍。這種合龍方案可準(zhǔn)確地滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。
（2）改后的合龍方案（簡(jiǎn)稱方案二）：
在先合龍中跨情況下，由于結(jié)構(gòu)體系的不同及水平頂推力的變化，會(huì)比原有方案對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力線形有一定的改變。
2.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖
兩種合龍方案包括由最大懸臂狀態(tài)至成橋階段結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1～圖6所示。
（1）方案一：主橋合龍過程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（見圖1～圖4）。
圖1 最大懸臂狀態(tài)示意圖
圖2 邊跨先合龍示意圖
圖3 邊跨合龍后進(jìn)行中跨合龍前的頂推示意圖
圖4 主體結(jié)構(gòu)施工完成成橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（2）方案二：主橋合龍過程簡(jiǎn)圖（見圖5、圖6）。
圖5 中跨施加水平頂推力與合龍示意圖
圖6 邊跨合龍與成橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3 水平位移量?jī)?yōu)化控制分析
水平位移的控制是在合龍順序改變過程中的重要一環(huán)，其關(guān)系著成橋運(yùn)營(yíng)階段橋梁長(zhǎng)期荷載組合情況下橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布變化，進(jìn)而影響著橋梁的線形是否合理、美觀，橋梁內(nèi)力是否分布較為均勻合理、行車是否舒適，以及能否經(jīng)受住偶然荷載的作用。
水平位移量的產(chǎn)生是由于當(dāng)大跨度連續(xù)剛構(gòu)混凝土橋梁采用懸臂施工方法時(shí)，每一塊段的混凝土齡期段，其徐變、收縮效應(yīng)較為明顯。結(jié)構(gòu)不對(duì)稱或懸臂施工的進(jìn)度不同，則徐變、收縮發(fā)展的歷程不同，使左右兩半跨產(chǎn)生的撓度和轉(zhuǎn)角不同，若不能預(yù)先較為準(zhǔn)確地計(jì)入徐變、收縮效應(yīng)，并采取相應(yīng)措施，將導(dǎo)致合龍困難。
水平位移是依據(jù)合龍過程中由于頂推力產(chǎn)生水平位移量的多少為前提，輔以應(yīng)力控制，在應(yīng)力需要滿足的前提下進(jìn)行水平頂推力的修正，以滿足應(yīng)力水平的前提下達(dá)到預(yù)計(jì)算的水平位移的目的。
4 兩種合龍方案水平位移量計(jì)算分析
方案一的水平位移計(jì)算結(jié)果為原設(shè)計(jì)過程中得到的合龍過程中最佳狀態(tài)，即施加500 t水平頂推力作用下的邊跨合龍完成后的水平位移，是計(jì)算方案二合龍過程中的水平頂推力的一個(gè)參照，因此有必要對(duì)方案一的水平頂推力進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算預(yù)估。據(jù)此，經(jīng)過大量復(fù)雜的計(jì)算，依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況，考慮實(shí)際施工過程中合龍溫度有高于設(shè)計(jì)合龍溫度的可能，同時(shí)在此階段進(jìn)行施工階段時(shí)間定義時(shí)特別設(shè)置為極短的時(shí)間歷程下，綜合分析排除干擾得到了方案一在邊跨合龍后中跨處施加500 t水平頂推控制力的水平位移圖（見圖7），以及相應(yīng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)表（見表1、表2）。
圖7 水平頂推力500 t作用下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（方案一）
表1 水平頂推力500 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）
表2 水平頂推力500t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案一）
表1和表2的數(shù)據(jù)說明方案一在頂推力作用下3#墩邊跨各個(gè)塊件產(chǎn)生的兩側(cè)變形值均值為3 cm左右，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5 cm左右，數(shù)值表示與頂推力方向一致的水平位移值。由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為1#墩5 cm，3#墩3 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲(chǔ)存，在長(zhǎng)期荷載效應(yīng)條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預(yù)應(yīng)力鋼束的損失逐漸消耗。
以此水平位移量為主要參考量，進(jìn)行中跨合龍的合理性分析：對(duì)最大懸臂狀態(tài)下的水平頂推力進(jìn)行試算分析，得到最佳頂推力結(jié)果（見表3和表4）。圖8為兩種合攏方案不同推力作用下的水平位移對(duì)比圖。
表3 水平頂推力320 t作用下3#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）
從表3和表4的數(shù)據(jù)和圖8可知，方案二在調(diào)整頂推力為320 t作用下3#墩邊跨各個(gè)塊件產(chǎn)生的兩側(cè)變形值均值為3 cm，1#墩邊跨各施工塊件軸向變形均值為5.2 cm，數(shù)值表示與頂推力方向一致的水平位移值，由此得到墩頂吸收的水平位移量，由墩頂吸收的水平位移量分別為3#墩與1#墩的3 cm和5.2 cm，這部分位移通過主墩的彈性變形墩來儲(chǔ)存，在長(zhǎng)期荷載效應(yīng)條件下，這部分彈性變形由主梁混凝土的收縮徐變及預(yù)應(yīng)力鋼束的損失逐漸消耗。與方案一的數(shù)值對(duì)比基本保持一致，因此，在頂推力施加時(shí)即考慮收縮徐變的長(zhǎng)期影響條件下，對(duì)合龍過程中的頂推力調(diào)整為原頂推力的64%。
表4 水平頂推力320t作用下1#墩邊跨各單元水平位移量一覽表（單位：cm）（方案二）
圖8 兩種合龍方案不同頂推力作用下的水平位移對(duì)比圖
5 結(jié)論
綜上所述：在考慮兩種合龍方案條件下，中跨首先合龍時(shí)改變頂推力的作用大小至一個(gè)合理數(shù)值能夠較好地滿足水平位移的要求；可以保證橋梁在成橋后橋墩處于合理的變形范圍，使得橋梁在后期的運(yùn)營(yíng)過程中不會(huì)因橋墩的變形造成梁體預(yù)應(yīng)力的松弛損失，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)。
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