朱鳳玲（廣東長(zhǎng)宏公路工程有限公司）

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連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探討

朱鳳玲
（廣東長(zhǎng)宏公路工程有限公司）

【摘要】連續(xù)梁拱組合式橋梁施工時(shí)，橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工是我們著重注意的問(wèn)題，因?yàn)槠渖喜拷Y(jié)構(gòu)承載著較大的載荷，是整個(gè)橋梁是否能安全投入運(yùn)行的關(guān)鍵部位之一，因此本文對(duì)0號(hào)塊防裂措施、主梁不對(duì)稱施工配重、吊桿張拉力優(yōu)化這三個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行的研究與討論，并給出了一些關(guān)于這幾個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的建議。

【關(guān)鍵詞】梁拱組合橋梁；上部結(jié)構(gòu)；吊桿張拉力

1　引言

從十九世紀(jì)九十年代末期，我國(guó)開始城鎮(zhèn)化，到現(xiàn)在城鎮(zhèn)化的速度也是愈來(lái)愈快，同時(shí)城市的規(guī)模也在不斷的增大。目前，中國(guó)百萬(wàn)級(jí)人口的都市已經(jīng)不再鮮見。城市規(guī)模的擴(kuò)張，人口的密集程度增加，伴隨而來(lái)的是交通堵塞問(wèn)題，這對(duì)城市的基礎(chǔ)建設(shè)方面提出了新的挑戰(zhàn)。為了減少交通堵塞，城市中橋梁的數(shù)量和規(guī)模同時(shí)也不得不持續(xù)增加。在橋梁的建設(shè)與施工中，出現(xiàn)了一種結(jié)合了梁式橋梁和拱式橋梁兩種橋梁優(yōu)點(diǎn)的梁拱組合橋梁。梁拱組合式橋梁對(duì)軟土地基的危害相對(duì)于其他橋梁的危害來(lái)說(shuō)比較小，因此其在城市的建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)不斷應(yīng)用到實(shí)際工程中，由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算與設(shè)計(jì)能力，使得梁拱組合式橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)便，同時(shí)其安全性也能得到保證；隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，新型材料的出現(xiàn)，其具有更高的強(qiáng)度與剛度，但密度在不斷降低，這使得梁拱組合橋梁的結(jié)構(gòu)越來(lái)越多變，安全性與穩(wěn)定性同時(shí)也在不斷提高。一般來(lái)說(shuō)，梁拱組合式橋梁的上部結(jié)構(gòu)的載荷相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，是設(shè)計(jì)施工中需要著重考慮的問(wèn)題。因此，本文對(duì)連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討與研究。

2　工程簡(jiǎn)介

本文以某省的一所連續(xù)梁拱組合式橋梁為例，如圖1（簡(jiǎn)化圖），本橋采用的是與大多數(shù)梁拱組合橋梁一樣的施工方法，即“先梁后拱”，具體情況如下：首先按照常規(guī)施工方法合攏連續(xù)梁；之后，在梁上進(jìn)行拱肋、斜撐、泵送管內(nèi)混凝土的施工；最后，等到拱肋混凝土的強(qiáng)度與彈性模量達(dá)到要求時(shí)，安裝拉吊桿，拆除拱肋支架，完成此次梁拱組合橋梁的結(jié)構(gòu)施工。

圖1　連續(xù)梁拱組合橋梁簡(jiǎn)化圖

本次工程中梁拱組合式橋梁的主梁是一三孔一聯(lián)的三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主梁的全長(zhǎng)為260m （62+136+62）。主梁的每一跨的高度均為3.5m，拱梁最高處為7.5m。

3　梁拱組合式橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)

梁拱組合式橋梁在現(xiàn)在交通中占有不可或缺的一席之地，因此其安全性也是我們不得不考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。在梁拱組合式橋梁中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)承受了較大的載荷，若然設(shè)計(jì)和施工中沒(méi)有進(jìn)行認(rèn)真的考慮，梁拱組合式橋梁的上部結(jié)構(gòu)就有可能出現(xiàn)裂紋，影響使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)斷裂和破壞，甚至導(dǎo)致交通事故，造成人員傷亡以及難以彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了增加梁拱組合橋梁的安全性，本文針對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)包括0號(hào)塊防裂措施、主梁不對(duì)稱施工配重、吊桿張拉力優(yōu)化等施工技術(shù)進(jìn)行了分析與探討。

3.10號(hào)塊防裂措施

有許多因素都有可能導(dǎo)致箱梁產(chǎn)生裂縫，按照載荷形式可以大概分為以下兩類：第一，直接作用在箱梁上的外加載荷使得0號(hào)塊產(chǎn)生變形，這些因素主要有：晝夜溫差、施工時(shí)的熱源、混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的水化熱造成的橋梁變形等，這些原因產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土的許用應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫；第二，基礎(chǔ)沉降和搭設(shè)的支架產(chǎn)生的水平或豎直方向上的形變。只有科學(xué)的控制混凝土的變形，提高梁體本身的抗?jié)B透性、抗開裂和侵蝕的能力，才能促使0號(hào)塊開裂的幾率減小甚至不開裂，增加梁拱組合式橋梁的安全性和使用壽命。從前人在梁拱組合式橋梁工程施工中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和查閱相關(guān)資料，我們得到了一般減少0號(hào)塊開裂措施的舉措有以下幾點(diǎn)：

3.1.1支架預(yù)壓

支架預(yù)壓指的是：在支架完成裝配后，對(duì)支架先進(jìn)行一次預(yù)壓加載，加載的壓力載荷一般為0號(hào)梁自重以及模板等施工設(shè)備的1.1～1.2倍。支架預(yù)壓的目的有：1.檢查支架的安全性，確保之后的施工安全，避免由于地基和支架變形問(wèn)題導(dǎo)致的主梁開裂；2.消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，使得橋面線性控制更加容易。

3.1.2過(guò)人洞防裂

查閱相關(guān)資料可知，0號(hào)塊在從施工到橋梁運(yùn)行階段都承受著較大的彎矩和支反力，這會(huì)導(dǎo)致橫墻處的混凝土由于應(yīng)力過(guò)大而開裂，影響橋梁的安全性和服役壽命。一般的防治措施為：在過(guò)人洞橫梁上端設(shè)置預(yù)應(yīng)力束，在過(guò)人洞兩側(cè)附近（一般為1m范圍，具體視情況而定）加設(shè)鋼筋網(wǎng)，增加混凝土的許用應(yīng)力。

3.1.3構(gòu)造鋼筋的設(shè)置

在全預(yù)應(yīng)力箱梁的縱向鋼筋的設(shè)計(jì)中，通常是沒(méi)有考慮鋼筋參與受力的情況，只是將普通鋼筋作為構(gòu)造鋼筋，起到維護(hù)、拉結(jié)和分布的作用。一般的構(gòu)造鋼筋是采用直徑（10～12mm）較小的光面鋼筋。在實(shí)際工程中，可以使用直徑較大的螺紋鋼筋，增強(qiáng)鋼筋與混凝土結(jié)合的緊密程度，增強(qiáng)混凝土的抗拉能力，適當(dāng)改善混凝土的抗拉能力，減少裂紋產(chǎn)生的幾率。

3.1.4高低溫情況下施工注意

當(dāng)0號(hào)塊混凝土施工時(shí)，碰到天氣過(guò)冷或過(guò)熱，都需要考慮溫度對(duì)混凝土的影響，因?yàn)闇囟炔粌H影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)還對(duì)混凝土的品質(zhì)有很大的影響。當(dāng)遇到高溫天氣時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

⑴適當(dāng)?shù)慕档突炷林械乃冶?，使用高性能的減水劑；

⑵預(yù)先為混凝土材料降溫；

⑶當(dāng)混凝土澆筑好，等其達(dá)到一定強(qiáng)度后，為混凝土表面覆蓋保護(hù)層（比如草席等），避免陽(yáng)光直射，并定時(shí)用冷水澆筑混凝土。

當(dāng)遇到天氣寒冷時(shí)，我們應(yīng)該按照混凝土冬季施工標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)混凝土進(jìn)行施工與養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土的質(zhì)量不受影響。

3.1.5一次性澆筑混凝土

因?yàn)榱后w0號(hào)塊相對(duì)來(lái)說(shuō)體積較大，實(shí)際施工有時(shí)不得不分批次進(jìn)行澆筑。但是由于澆筑批次不同，混凝土凝結(jié)時(shí)間也是不一樣的，在兩次澆筑的界面之間的結(jié)合并不是很緊密，因此會(huì)增大混凝土開裂的概率。因此，0號(hào)塊混凝土最好一次性澆筑完成，在保證質(zhì)量的情況下時(shí)間盡可能短，這樣保證了整體混凝土強(qiáng)度在同步增長(zhǎng)，減小開裂的可能。

3.1.6小結(jié)

本工程施工時(shí)，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)按照上述原則，做到了以下幾點(diǎn)：

⑴對(duì)梁體0號(hào)塊的鋼筋配置，我們采用了螺紋鋼筋，并且適當(dāng)增加了鋼筋的數(shù)量；

⑵混凝土養(yǎng)護(hù)工作，定期對(duì)腹板和底板噴灑水霧，保證混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的同步性；

⑶施工時(shí)間在冬季，在混凝土周圍覆蓋了棉絮、稻草或保溫材料；

⑷增加施工支架的使用時(shí)間（推遲模板拆除的時(shí)間），適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)了混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3.2主梁不對(duì)稱時(shí)施工配重的計(jì)算

橋梁在實(shí)際的工程施工中通常都會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槎喾N因素導(dǎo)致的不對(duì)稱情況，不對(duì)稱施工會(huì)造成橋梁中應(yīng)力分布不合理，減少橋梁的承載能力，降低橋梁的安全性和使用壽命。為了改善這種情況我們需要在橋梁上設(shè)置配重，其作用主要有：

⑴確保了橋梁的線性合攏和合攏段混凝土的澆筑質(zhì)量；

⑵調(diào)整不對(duì)稱施工時(shí)產(chǎn)生的力矩；

⑶減小橋梁后期徐變以及徐變帶來(lái)的影響。

3.2.1配重的計(jì)算

為了確保橋梁施工的安全和保證梁體應(yīng)力的合理分布，在橋懸臂施工時(shí)，我們需要根據(jù)橋梁的承載能力計(jì)算得到梁體的最大配重，其中包含兩部分：基本配重和附加配重。

⑴最小配重

確保橋梁正常合攏所需要的配重稱為最小配重，包括了合攏段混凝土的重量及施工設(shè)備與人員等的重量：

W附加1包括了施工中減去梁自重以外的所有參與施工中的設(shè)備、人員等因素的重量。最小配重為施工中配重的最小值，一般施工中實(shí)際的配重總是介于最小配重與最大配重之間。

⑵附加配重的計(jì)算

W附加2配重主要包含三個(gè)部分：附加高度配重指的是：調(diào)整合梁合攏段高度的配重，只加在合攏兩端中的一端；附加內(nèi)力配重：調(diào)整梁內(nèi)力分布的配重；附加徐變配重：考慮到徐變效應(yīng)對(duì)梁線性標(biāo)高的影響而計(jì)算得到的配重。其中，附加內(nèi)力和附加徐變配重在實(shí)際施工過(guò)程中還需要參考其他施工因素來(lái)確定。

⑶實(shí)際施加配重

3.2.2配重位置的選擇

橋梁懸臂不對(duì)稱施工時(shí)，為了施工的安全，必須在懸臂的端部設(shè)置配重。此外，施加配重時(shí)應(yīng)該注意，當(dāng)時(shí)的橋梁尚未成橋，處于受力不穩(wěn)狀態(tài)，配重的實(shí)施應(yīng)該在橋梁橫向均勻分布，防止橋梁由于受力不均勻?qū)е碌膬A斜或扭曲等。同時(shí)，由于橋梁處于懸臂狀態(tài)，因此配重的施加是在懸臂的兩端。最后，為了保證橋梁合攏時(shí)的橋中心面的水平，因此邊跨合攏時(shí)兩側(cè)的配重需要相等，才能保證橋梁的施工質(zhì)量與安全。

3.3吊桿張拉力優(yōu)化

在梁拱組合橋梁中，吊桿主要承受拉力作用。為了對(duì)吊桿的拉力進(jìn)行優(yōu)化，我們把吊桿的模型簡(jiǎn)化為圖2。由于對(duì)稱性可知，相同編號(hào)的吊桿具有相同的受力狀態(tài)，即具有相同的拉應(yīng)力。理論上，橋梁上的拉桿可以一次性全部到位，實(shí)際工程中，由于吊桿材料的限制，并且一次性張拉對(duì)橋梁混凝土也會(huì)造成較大的破壞，因此實(shí)際施工過(guò)程中，吊桿都是多次張拉而成。隨著吊桿的安裝，吊桿的內(nèi)力也在不斷的進(jìn)行調(diào)整，因此選擇一個(gè)好的張拉順序可以降低拉桿內(nèi)應(yīng)力，提高吊桿的使用年限和安全性。所以本節(jié)利用有限元軟件對(duì)吊桿的張拉順序進(jìn)行了優(yōu)化分析。

為了選擇最優(yōu)的吊桿張拉順序，我們首先對(duì)實(shí)際工程中的吊桿模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的模型如圖2，也是我們?cè)谶M(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，利用有限軟件建立的幾何模型的基礎(chǔ)。不同的吊桿張拉順序肯定對(duì)應(yīng)著不同的吊桿張拉時(shí)的最大音量，因此我們選擇了四種不同的吊桿張拉順序進(jìn)行了有限元計(jì)算，吊桿的張拉順序及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力如表1所示。

由表1可以得到，張拉順序二得到張拉應(yīng)力最小，而順序一，三，四的張拉時(shí)的應(yīng)力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于張拉順序二的張拉時(shí)應(yīng)力。因此在此橋施工時(shí)，我們采用了張拉次序?yàn)?、3、5、7、2、4、6。對(duì)于不同的實(shí)際工程而言，吊桿的張拉順序并不總是一樣，因?yàn)榈鯒U的數(shù)目是在變化，而且橋本身的結(jié)構(gòu)也是有很大不同，因此，對(duì)于不同的橋梁而言，吊桿的張拉順序應(yīng)該先進(jìn)行有限元模擬，選出最好的張拉順序，在按照此順序進(jìn)行施工。

圖2　吊桿的簡(jiǎn)化模型

表1　吊桿的張拉順序與對(duì)應(yīng)的內(nèi)力

4　結(jié)論

本文以實(shí)際工程為例對(duì)連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與研究，主要分析了0號(hào)塊的防裂措施，主梁不對(duì)稱時(shí)配重的計(jì)算與實(shí)施以及吊桿張拉順序?qū)Φ鯒U張拉時(shí)應(yīng)力的影響。并結(jié)合實(shí)際工程，給出了一些關(guān)于梁拱組合式橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的建議?！?/p>

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