潘　文

(岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽　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

(岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽414000)

針對山區(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)澆段長度，提出4個(gè)不對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稱懸臂澆注長度的增大有增大的趨勢；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稱懸臂施工合龍方案，可有效減小邊跨支架現(xiàn)澆段長度，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)不對稱懸臂澆注段以減小邊跨現(xiàn)澆段長度。

陳榮剛[3]針對福州繞城高速某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]針對山區(qū)鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行研究，對比分析了連續(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)有研究主要針對剛構(gòu)橋先邊跨合龍和先中跨合龍的方案對比分析，而對于山區(qū)高墩剛構(gòu)橋邊跨地形不利于支架搭設(shè)[6-10]，需不對稱懸臂澆注一定長度后再合龍邊跨的方案研究仍較為匱乏。

為探明不對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岢?種不對稱懸澆合龍方案，基于線形控制角度對各合龍方案進(jìn)行對比，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：將箱梁單個(gè)T構(gòu)分為18段澆筑，0#梁段長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11.0 m；邊跨和中跨合龍段長均為2.0 m。

主橋在2#、3#主墩兩個(gè)T構(gòu)上對稱懸臂現(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不對稱懸臂合龍方案

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

先合龍中跨，邊跨不對稱懸臂澆注18#塊，再合龍邊跨(方案1)；先合龍中跨，邊跨不對稱懸臂澆注18#、19#塊，再合龍邊跨(方案2)；邊跨不對稱懸臂澆注18#塊，合龍邊跨，再合龍中跨(方案3)；邊跨不對稱懸臂澆注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)澆段長為7.5 m；方案2和方案4不對稱懸臂施工(2×3.5)m，并張拉18#、19#節(jié)段頂板束各2根，邊跨現(xiàn)澆段長為4.0 m。各方案的邊、中跨合龍段長度均為2.0 m。

剛構(gòu)橋施工過程中，針對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)橋不對稱懸臂澆注配重方案編號配重方案方案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結(jié)構(gòu)的影響，采用梁單元模擬主梁和橋墩，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　合龍方案對比研究

3.1施工和運(yùn)營階段應(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)營階段應(yīng)力驗(yàn)算編號運(yùn)營階段最大(小)正應(yīng)力/MPa運(yùn)營階段最大(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，對各個(gè)合龍方案對應(yīng)的施工和成橋階段的累計(jì)變形進(jìn)行對比分析。

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，隨著不對稱懸臂澆注長度的增大，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。

先合龍中跨的方案1和方案2施工階段最大撓度小于對應(yīng)不對稱懸澆長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，對結(jié)構(gòu)的影響不容忽視[11]。一般地，收縮徐變在前10 a對結(jié)構(gòu)變形的影響較大[3，12]，基于剛構(gòu)橋施工仿真模型，對應(yīng)各個(gè)施工階段的時(shí)長，考慮成橋后10 a的收縮徐變，分析各個(gè)合龍方案的變形。

各合龍方案對應(yīng)的收縮徐變變形如圖5所示，4個(gè)方案的變形趨勢一致，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

本文針對山區(qū)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)，提出4個(gè)不對稱懸臂合龍方案，基于線形控制角度對比分析各方案，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) 隨著不對稱懸臂澆注長度的增大，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稱懸臂澆注長度的增大有增大的趨勢，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)合龍方案的對比分析表明不對稱懸臂施工越長，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稱懸澆較短長度的梁段，再合龍邊跨成橋。

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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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