潘　文

(岳陽(yáng)市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽(yáng)　414000)

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基于線形控制的山區(qū)大跨度剛構(gòu)橋合龍方案研究

潘文

(岳陽(yáng)市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽(yáng)414000)

針對(duì)山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工時(shí)，地形條件不利于支架施工的特點(diǎn)，為減小邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度，提出4個(gè)不對(duì)稱懸臂施工合龍方案。以某山區(qū)(72+120+72)m高墩剛構(gòu)橋?yàn)槔⒎抡婺Ｐ?，分析不同合龍方案條件下的結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)，探討山區(qū)大跨度剛構(gòu)橋各個(gè)合龍方案的適應(yīng)性。結(jié)果表明：4個(gè)合龍方案施工和運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；邊跨線形調(diào)整值隨著不對(duì)稱懸澆段的增大而增大，且先合龍中跨有利于減小邊跨懸臂端撓度；施工和成橋階段最大撓度值和最大上拱值隨不對(duì)稱懸臂澆注長(zhǎng)度的增大有增大的趨勢(shì)；補(bǔ)充張拉箱梁頂板束和先合龍邊跨均會(huì)導(dǎo)致中跨跨中位置的徐變上拱值增大；根據(jù)地形條件選擇合適的不對(duì)稱懸臂施工合龍方案，可有效減小邊跨支架現(xiàn)澆段長(zhǎng)度，為山區(qū)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)施工提供參考。

；山區(qū)橋梁；剛構(gòu)橋；線形控制；不對(duì)稱懸臂施工；合龍方案

0　引言

剛構(gòu)橋具有跨越能力強(qiáng)、懸臂施工受地形影響小等特點(diǎn)，為我國(guó)山區(qū)高速公路建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。常規(guī)剛構(gòu)橋均采用對(duì)稱懸臂澆注，支架現(xiàn)澆邊跨部分梁段，合龍邊跨再合龍中跨成橋[1，2]，而山區(qū)線路高差大、地形陡峻，山區(qū)剛構(gòu)橋邊跨支架施工難度大且極不利于施工安全控制。

從以人為本的角度出發(fā)，為改善施工人員的工作環(huán)境，保證職業(yè)健康安全，宜減小或取消邊跨現(xiàn)澆段支架，改用墩頂托架現(xiàn)澆施工。受墩頂托架承重量限制，在邊中跨比不變的情況下，需通過增設(shè)不對(duì)稱懸臂澆注段以減小邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度。

陳榮剛[3]針對(duì)福州繞城高速某6跨連續(xù)剛構(gòu)橋的合龍次序及體系轉(zhuǎn)換順序進(jìn)行研究，確定其最優(yōu)合龍方案；陳列[4]針對(duì)山區(qū)鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行研究，對(duì)比分析了連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)橋的適應(yīng)性及其合龍順序；戴公連[5]研究了鐵路連續(xù)梁不同合龍方案下的變形特性，指出先邊跨后中跨的合龍方案變形控制量最小?，F(xiàn)有研究主要針對(duì)剛構(gòu)橋先邊跨合龍和先中跨合龍的方案對(duì)比分析，而對(duì)于山區(qū)高墩剛構(gòu)橋邊跨地形不利于支架搭設(shè)[6-10]，需不對(duì)稱懸臂澆注一定長(zhǎng)度后再合龍邊跨的方案研究仍較為匱乏。

為探明不對(duì)稱懸臂澆注條件下剛構(gòu)橋的變形特性，以某山區(qū)高速公路(72+120+72)m剛構(gòu)橋?yàn)槔?，提?種不對(duì)稱懸澆合龍方案，基于線形控制角度對(duì)各合龍方案進(jìn)行對(duì)比，為同類橋梁合龍方案及線形控制提供參考。

1　工程概況

某山區(qū)高速公路谷架橋主橋采用(72+120+72)m的剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式，其總體布置見圖1。

圖1　橋型布置圖(單位；m)

橋面寬度12 m，采用單箱單室箱形截面。箱梁支點(diǎn)梁高7.0 m，跨中梁高3.1 m，典型斷面型式如圖2所示。箱梁頂板厚0.28 m，底板寬度為6.5 m，厚度由跨中至支點(diǎn)變化為0.32～0.70 m。箱梁梁高和底板厚度均按2次拋物線變化。箱梁采用直腹板，其厚度由跨中至支點(diǎn)依次為0.40～0.55～0.70 m。在主墩墩頂設(shè)置4道1.2 m厚橫隔板，跨中設(shè)1道0.4 m厚隔板，兩邊跨梁端分別設(shè)1道1.2 m厚橫隔板。

主墩采用雙肢薄壁空心高墩，其中2#墩墩高98.6 m，3#墩墩高101.3 m；邊墩采用空心墩，1#墩和4#墩墩高分別為65.5 m和67.2 m，邊跨位于較陡的邊坡上，搭設(shè)支架困難。

圖2　主梁典型截面(單位；cm)

2　剛構(gòu)橋合龍方案

2.1常規(guī)合龍方案

跨度布置為(72+120+72)m的剛構(gòu)橋常規(guī)施工步驟為：將箱梁?jiǎn)蝹€(gè)T構(gòu)分為18段澆筑，0#梁段長(zhǎng)13.0 m，兩側(cè)1#～17#梁段分段為(3×2.5+8×3.0+6×3.5)m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)11.0 m；邊跨和中跨合龍段長(zhǎng)均為2.0 m。

主橋在2#、3#主墩兩個(gè)T構(gòu)上對(duì)稱懸臂現(xiàn)澆施工，除0#梁段采用搭設(shè)托架澆筑完成外，1#～17#梁段均采用掛籃對(duì)稱懸澆，兩邊跨現(xiàn)澆段采用搭設(shè)支架澆筑。全橋合龍順序?yàn)椋合群淆堖吙?，再合龍中跨?/p>

2.2不對(duì)稱懸臂合龍方案

針對(duì)山區(qū)剛構(gòu)橋高邊墩、陡峻地形等特點(diǎn)，為減小邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度，提出4種不對(duì)稱懸臂施工合龍方案：

先合龍中跨，邊跨不對(duì)稱懸臂澆注18#塊，再合龍邊跨(方案1)；先合龍中跨，邊跨不對(duì)稱懸臂澆注18#、19#塊，再合龍邊跨(方案2)；邊跨不對(duì)稱懸臂澆注18#塊，合龍邊跨，再合龍中跨(方案3)；邊跨不對(duì)稱懸臂澆注18#、19#塊，合龍邊跨，再合龍中跨(方案4)。

方案1和方案3不對(duì)稱懸臂施工3.5 m，并張拉18#節(jié)段頂板束2根，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)為7.5 m；方案2和方案4不對(duì)稱懸臂施工(2×3.5)m，并張拉18#、19#節(jié)段頂板束各2根，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)為4.0 m。各方案的邊、中跨合龍段長(zhǎng)度均為2.0 m。

剛構(gòu)橋施工過程中，針對(duì)不同的懸臂施工方案，分別采取相應(yīng)的壓重措施，保證T構(gòu)兩側(cè)不對(duì)稱荷載不大于200 kN，各合龍方案的施工荷載見表1。

表1 剛構(gòu)橋不對(duì)稱懸臂澆注配重方案編號(hào)配重方案方案1中跨合龍邊跨壓重1290kN,邊跨合龍中跨壓重2410kN方案2中跨合龍邊跨壓重1290kN,懸澆19#塊中跨壓重1260kN,邊跨合龍中跨壓重2410kN方案3懸澆18#塊中跨壓重1260kN,邊跨合龍中跨壓重2410kN方案4懸澆18#塊中跨壓重1260kN,懸澆19#塊中跨壓重2520kN,邊跨合龍中跨壓重3670kN

2.3仿真模型

考慮自重、預(yù)應(yīng)力、施工荷載、二期恒載和收縮徐變等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，采用梁?jiǎn)卧M主梁和橋墩，基于橋梁博士軟件建立剛構(gòu)橋施工仿真模型。對(duì)應(yīng)施工節(jié)段劃分及各個(gè)方案合龍段位置，將主梁劃分為98個(gè)單元；2#、3#主墩分別劃分為18個(gè)單元，忽略樁基和承臺(tái)的變形，1#、4#邊墩采用邊界條件模擬；在2#、3#主墩T構(gòu)上分別設(shè)置2個(gè)掛籃，每個(gè)掛籃采用2個(gè)單元模擬。

總體有限元計(jì)算模型如圖3所示。橋面鋪裝等二期恒載按45 kN/m取值，橫隔板采用集中力進(jìn)行加載。

圖3　全橋有限元模型

3　合龍方案對(duì)比研究

3.1施工和運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力

基于4個(gè)不同的剛構(gòu)橋合龍方案仿真模型，計(jì)算不同合龍方案條件下的施工和運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力，主要結(jié)果列于表2和表3。

表2 施工階段應(yīng)力驗(yàn)算編號(hào)施工階段最大(小)正應(yīng)力/MPa施工階段最大(小)主應(yīng)力/MPa方案112.5(-0.417)12.5(-1.30)方案212.9(-0.416)12.9(-1.20)方案312.5(-0.539)12.5(-1.35)方案413.2(-0.910)13.2(-1.73) 注:表中數(shù)據(jù)以受拉為負(fù),受壓為正,下同。

表3 運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力驗(yàn)算編號(hào)運(yùn)營(yíng)階段最大(小)正應(yīng)力/MPa運(yùn)營(yíng)階段最大(小)主應(yīng)力/MPa方案114.6(0.126)16.2(-0.950)方案215.2(0.0185)16.7(-0.941)方案314.4(0.264)16.0(-0.946)方案415.0(-0.535)16.0(-1.020)

由表2和表3中數(shù)據(jù)可知，方案1～方案3的應(yīng)力值相差較小，方案4施工階段和運(yùn)營(yíng)階段的拉應(yīng)力值明顯大于前3個(gè)方案，各項(xiàng)應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)具有足夠的安全系數(shù)。在橋梁滿足安全性要求的前提下，對(duì)各個(gè)合龍方案對(duì)應(yīng)的施工和成橋階段的累計(jì)變形進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2施工及成橋階段變形

由于合龍施工順序不同，且預(yù)應(yīng)力束隨懸澆段長(zhǎng)度不同而略有區(qū)別，各個(gè)合龍方案的合龍前撓度不盡相等。為保證成橋線形，施工時(shí)需對(duì)立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，而該調(diào)整值的大小由合龍前的懸臂端累計(jì)位移決定。

各方案合龍前的懸臂端撓度如圖4所示，邊跨合龍前的撓度整體大于中跨合龍前的撓度，方案1和方案2在中跨合龍前懸臂端撓度明顯大于方案3和方案4；而邊跨合龍前方案1的撓度最小，方案4的撓度最大。綜合考慮中跨和邊跨合龍前撓度，線形調(diào)整的難度以方案1最小，方案3次之，方案2和方案4的調(diào)整難度均較大。

圖4　各方案合龍前懸臂端撓度

分析各合龍方案條件下施工階段和成橋階段的撓度變化規(guī)律，并將撓度最值列于表4，撓度值以向下為負(fù)。

表4 施工和成橋階段撓度編號(hào)施工階段最大(小)撓度/mm成橋階段最大(小)撓度/mm方案1-91.6(51.61)-96.7(32.21)方案2-121.1(65.97)-126.1(46.58)方案3-97.7(38.46)-101.3(23.63)方案4-132.7(40.03)-116.3(25.92)

表4數(shù)據(jù)可知，隨著不對(duì)稱懸臂澆注長(zhǎng)度的增大，施工和成橋階段最大撓度值均明顯增大，最大上拱值亦有增大的趨勢(shì)。

先合龍中跨的方案1和方案2施工階段最大撓度小于對(duì)應(yīng)不對(duì)稱懸澆長(zhǎng)度的先合龍邊跨方案，而其上拱值則大于先邊跨合龍方案。施工階段方案4的線形較為不利，撓度值比方案1～方案3分別高44.92%、9.58%和35.89%。

方案1成橋階段的最大撓度值為96.7 mm，為4個(gè)方案中最小，分別為方案2的76.7%，方案3的95.5%，方案4的83.1%。成橋后方案2的線形最為不利，其撓度值和上拱值均大于其余方案。

3.3收縮徐變變形

混凝土的收縮徐變效應(yīng)引起橋梁結(jié)構(gòu)的變形，并具有明顯的時(shí)間依存特性，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不容忽視[11]。一般地，收縮徐變?cè)谇?0 a對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響較大[3，12]，基于剛構(gòu)橋施工仿真模型，對(duì)應(yīng)各個(gè)施工階段的時(shí)長(zhǎng)，考慮成橋后10 a的收縮徐變，分析各個(gè)合龍方案的變形。

各合龍方案對(duì)應(yīng)的收縮徐變變形如圖5所示，4個(gè)方案的變形趨勢(shì)一致，最大徐變上拱值出現(xiàn)在中跨跨中位置，最大撓度則出現(xiàn)在邊跨跨中附近。方案4中跨跨中上拱值明顯大于其他方案，而方案1上拱值最小。

圖5　10 a收縮徐變變形

究其原因，首先方案4和方案2不對(duì)稱懸澆段補(bǔ)充張拉4根頂板束，而方案1和方案3均只補(bǔ)充張拉了2根頂板束，影響中跨的上拱值；其次，方案2和方案3的上拱值相近，表明先合龍邊跨的方案的跨中上拱值比先合龍中跨的方案大，其影響幅度與預(yù)應(yīng)力束相當(dāng)。

4　結(jié)論

本文針對(duì)山區(qū)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)，提出4個(gè)不對(duì)稱懸臂合龍方案，基于線形控制角度對(duì)比分析各方案，并得到以下結(jié)論：

1) 4個(gè)合龍方案各個(gè)施工階段和成橋運(yùn)營(yíng)階段的正應(yīng)力和主應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)具有足夠的安全系數(shù)。

2) 隨著不對(duì)稱懸臂澆注長(zhǎng)度的增大，邊跨線形需要調(diào)整的幅度越大，且先合龍中跨有利于減小邊跨懸臂端撓度。

3) 施工和成橋階段最大撓度值和最大上拱值隨不對(duì)稱懸臂澆注長(zhǎng)度的增大有增大的趨勢(shì)，且先合龍邊跨有利于控制施工和成橋階段的梁體上拱。

4) 補(bǔ)充張拉箱梁頂板束和先合龍邊跨均會(huì)導(dǎo)致中跨跨中位置的徐變上拱值增大，二者對(duì)中跨上拱值的影響相當(dāng)。

山區(qū)剛構(gòu)橋4個(gè)合龍方案的對(duì)比分析表明不對(duì)稱懸臂施工越長(zhǎng)，施工線形控制越復(fù)雜。在條件允許的情況下，宜盡量采用先合龍中跨后不對(duì)稱懸澆較短長(zhǎng)度的梁段，再合龍邊跨成橋。

[1]吳云香，李鐵剛，王龍偉，等.不同施工方法對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋主梁及橋墩受力的影響[J].中外公路，2015，35(4)：214-216.

[2]JTG/T F50 2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]陳榮剛.六跨連續(xù)剛構(gòu)組合梁橋合龍方案研究[J].公路交通科技，2014，31(7)：91-96.

[4]陳列，徐公望.高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋橋式方案及合龍順序選擇[J].橋梁建設(shè)，2005，35(1)：33-35.

[5]戴公連，王偉民，劉柯.基于變形的鐵路混凝土連續(xù)梁合龍方案比較[J].橋梁建設(shè)，2014，44(4)：96-101.

[6]劉小燕，祁巍.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案研究[J].中外公路，2009，29(5)：185-189.

[7]周枚，宋一凡，趙小星.預(yù)應(yīng)力混凝上橋梁懸臂澆筑的施工控制[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，25(6)：13-18.

[8]蔡素軍，張謝東，石明強(qiáng)，等.連續(xù)梁橋不同合龍方案對(duì)施工控制的影響[J].交通科技，2007(5)：18-21.

[9]羅松濤，黃才良，荊友璋.不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)的不對(duì)稱系數(shù)[J].公路交通科技，2012，29(4)：62-66.

[10]曹水東，林云，李傳習(xí)，等.多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，36(4)：576-581.

[11]劉海彬.高墩多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合攏順序及長(zhǎng)期變形分析[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[12]呂志濤，潘鉆峰.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝上箱梁橋設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010，43(1)：70-76.

2016-08-02

潘文(1981-)，男，工程師，主要從事路橋建設(shè)與管理。

；1008-844X(2016)03-0116-04

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