陳婭玲，曾有藝，張銘

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南　長(zhǎng)沙　410004；2.湖南省交通規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南　長(zhǎng)沙　410008）

高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋不同合龍次序?qū)Τ蓸蚝罅W(xué)性能的影響?

陳婭玲1，曾有藝1，張銘2

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410004；2.湖南省交通規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙410008）

高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋合龍施工階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化會(huì)因合龍次序不同而有所不同，而且由于高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋過渡墩一般較高（≥30 m），邊跨現(xiàn)澆段一般采用吊架或托架施工，這與傳統(tǒng)的落地支架施工現(xiàn)澆段在結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化上也有差異。文中針對(duì)高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋的橋型特點(diǎn)，闡述了不同合龍次序下產(chǎn)生次內(nèi)力的影響因素，比較分析了湖南永州市東路高架橋這一高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋在不同合龍次序下的應(yīng)力、撓度情況。結(jié)果表明，采用不同的合龍次序雖然都是可行的，但應(yīng)結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定該類橋型的最佳合龍次序，這樣才能在確保橋梁施工質(zhì)量和安全的前提下提高施工效率。

橋梁；高墩；剛構(gòu)連續(xù)-組合體系梁橋；合龍次序；力學(xué)性能

剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋和連續(xù)梁橋或連續(xù)剛構(gòu)橋一樣，是多跨一聯(lián)的結(jié)構(gòu)體系，具有連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋兩個(gè)體系的特性。山區(qū)、重丘區(qū)大跨徑梁橋在結(jié)構(gòu)跨數(shù)過多或墩高差較大的情況下宜選擇該體系梁橋，其橋墩都較高，多為高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋。

由于高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋過渡墩一般較高（≥30 m），邊跨現(xiàn)澆段一般采用吊架或托架施工，與傳統(tǒng)的落地支架施工現(xiàn)澆段在結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化上有差異。而且在合龍過程中，體系轉(zhuǎn)換、合龍后期的預(yù)應(yīng)力束張拉、溫度變化及砼收縮徐變都會(huì)引起次內(nèi)力變化。采用不同的合龍次序，對(duì)于橋梁在施工過程及最終成橋以后的力學(xué)性能有著不同的影響，為了使成橋后的內(nèi)力狀態(tài)更加合理，盡量減小內(nèi)力重分布的不利影響，應(yīng)選擇最佳合龍次序。

國(guó)內(nèi)對(duì)于連續(xù)梁橋或連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案的研究較多，而對(duì)于采用吊架或托架施工邊跨現(xiàn)澆段的高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋的合龍方案的研究較少。李學(xué)文、張銘等針對(duì)采用吊架或托架施工邊跨現(xiàn)澆段的剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋邊跨合龍方案進(jìn)行了分析，并與傳統(tǒng)的支架施工邊跨現(xiàn)澆段方案進(jìn)行了比較。該文主要針對(duì)采用吊架或托架施工邊跨現(xiàn)澆段的高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋的合龍次序進(jìn)行研究，計(jì)算不同合龍次序時(shí)主梁受力及變形情況，并進(jìn)行分析比較，從而選擇最優(yōu)方案進(jìn)行合龍。

1　高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁邊跨的合龍

圖1　落地支架施工

邊跨合龍施工一般是指邊跨現(xiàn)澆段與邊跨合龍段（兩者并稱為邊跨直線段）的施工。邊跨現(xiàn)澆段施工目前主要有3種方法：落地支架施工（見圖1）；利用箱梁懸臂采用吊架施工（見圖2）；在邊墩上設(shè)托架現(xiàn)澆（見圖3）。高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋由于過渡墩的高度一般較大，傳統(tǒng)的支架施工現(xiàn)澆段不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)濟(jì)性也較差，因而一般采用第二、第三種方法施工邊跨現(xiàn)澆段，如荷葉塘高架橋（過渡墩高81 m）和東路高架橋（過渡墩高36 m）邊跨現(xiàn)澆均采用吊架施工。但采用箱梁懸臂段吊架施工會(huì)導(dǎo)致懸臂端變形大，施工風(fēng)險(xiǎn)大，在采用該方法前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，同時(shí)施工控制計(jì)算中預(yù)拱度應(yīng)計(jì)入懸臂施工支撐的受力過程。由于托架是支撐在橋墩一側(cè)的，采用托架進(jìn)行現(xiàn)澆段施工時(shí)，應(yīng)注意橋墩（邊墩）的穩(wěn)定性，特別是在邊跨現(xiàn)澆段重量較大時(shí)，應(yīng)在邊墩的另一側(cè)施加平衡壓重（見圖3）。采用吊架進(jìn)行邊跨合龍時(shí)，應(yīng)注意施工中吊架施加在懸臂梁端的荷載對(duì)橋梁內(nèi)力的影響。

圖2　吊架施工

圖3　托架施工

2　不同合龍次序下的次內(nèi)力效應(yīng)

連續(xù)體系梁橋的成橋內(nèi)力由各施工階段的恒載內(nèi)力累積而成，在懸臂階段，內(nèi)力由自重內(nèi)力、預(yù)加力初預(yù)矩和收縮徐變次內(nèi)力疊加而成。懸臂梁段澆筑完成后，橋梁進(jìn)入合龍階段，即橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)入體系轉(zhuǎn)換階段，在該階段中，預(yù)加力、收縮徐變及溫度變化等因素都會(huì)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，這些次內(nèi)力與懸臂階段的內(nèi)力疊加成為結(jié)構(gòu)的最終內(nèi)力狀態(tài)。剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋是在一聯(lián)連續(xù)梁的中部一孔或數(shù)孔采用墩梁固結(jié)、邊部數(shù)孔解除墩梁固結(jié)代之以設(shè)置支座的連續(xù)結(jié)構(gòu)，具有連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋兩個(gè)體系的特性，屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，因而進(jìn)入合龍階段后會(huì)引起較大的次內(nèi)力。而且合龍次序不同會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在施工過程中體系轉(zhuǎn)換的差異，造成每一個(gè)階段結(jié)構(gòu)體系的不同，引起不同的次內(nèi)力。因此，在不同合龍次序下，最后成橋的恒載狀態(tài)會(huì)有較大區(qū)別。

3　常見多跨梁橋的合龍方法及次序

多跨連續(xù)體系梁橋在懸臂施工完畢、進(jìn)入合龍施工階段時(shí)，體系轉(zhuǎn)換為T構(gòu)→Π構(gòu)→分段連續(xù)→形成全橋。常見合龍次序如下：

（1）每次合龍一個(gè)T構(gòu)，從橋的邊墩往另一個(gè)邊墩逐跨合龍，這種合龍順序只需一套合龍承重結(jié)構(gòu)。還可從兩個(gè)邊墩同時(shí)往中跨跨中合龍，或先將中跨合龍，然后往兩個(gè)邊墩逐漸合龍，直至全橋合龍。該方法的優(yōu)點(diǎn)是合龍順序明確、計(jì)算圖式清晰、合龍受到溫度應(yīng)力的影響最??；最大缺點(diǎn)是施工工期較長(zhǎng)，不適宜在多跨情況下使用。

（2）將兩個(gè)T構(gòu)進(jìn)行單T構(gòu)的“小合龍”，形成靜定穩(wěn)定的Π構(gòu)，然后將兩兩Π構(gòu)進(jìn)行“大合龍”。也可選擇“小合龍”和“大合龍”相結(jié)合，以適應(yīng)不同的橋跨結(jié)構(gòu)。還可選擇上述中的3種合龍順序。這種方法使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換復(fù)雜，“大合龍”造成的內(nèi)力重分布較明顯，如果設(shè)計(jì)上沒有采用這種方法，則應(yīng)盡量避免采用。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可同時(shí)采用大、小合龍方式。尤其是在多跨、多個(gè)合龍段同時(shí)施工時(shí)，由于掛籃數(shù)量有限，必須分批倒用?，F(xiàn)場(chǎng)條件下不一定能采用上述理想方案，因而可綜合起來采用。

重慶朝陽寺大橋（連續(xù)剛構(gòu)，跨徑75 m+3× 130 m+75 m）采用第一種方法合龍，施工時(shí)從中間往兩邊每次合龍一個(gè)T構(gòu)（中跨合龍→次邊跨合龍→邊跨合龍）。高明大橋（剛構(gòu)-連續(xù)組合體系，跨徑45 m+5×79 m+2×110 m+4×82 m+45 m）采用第二種方法合龍，先將左側(cè)4個(gè)T構(gòu)、中間5 個(gè)T構(gòu)、右側(cè)3個(gè)T構(gòu)形成三大合龍段，然后將3個(gè)合龍段進(jìn)行中跨合龍形成帶懸臂的連續(xù)梁體系，最后進(jìn)行左右邊跨合龍，完成全橋合龍施工。東明黃河大橋（剛構(gòu)-連續(xù)組合體系，跨徑為75 m+7×120 m+75 m）采用第三種方法合龍，先將中間4個(gè)T構(gòu)一次性合龍，再將左右側(cè)的2個(gè)T構(gòu)合龍形成Π構(gòu)，之后完成剩余的中跨合龍，最后澆筑邊跨合龍段。

4　不同合龍次序的計(jì)算分析

4.1工程背景及研究?jī)?nèi)容

4.1.1工程背景

東路高架橋（右線）位于湖南永州市藍(lán)山縣所城鎮(zhèn)東路村境內(nèi)，跨越沙坪水及東林路。橋孔布置為5×30 m+（45+4×78+45）m+5×30 m，主橋結(jié)構(gòu)為45 m+4×78 m+45 m剛構(gòu)-連續(xù)組合體系，最大墩高56.8 m（9#墩），過渡墩高分別為5#墩33.1 m、6#墩36.4 m（見圖4）。主橋箱梁采用單箱單室截面。

圖4　東路高架橋主橋橋型示意圖（單位：m）

4.1.2研究?jī)?nèi)容

剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋在進(jìn)入合龍階段施工時(shí)，每合龍一個(gè)合龍口，體系將會(huì)轉(zhuǎn)換一次。因此，合龍次序的不同會(huì)對(duì)橋梁受力產(chǎn)生不同影響。主跨為45 m+4×78 m+45 m的東路橋，原設(shè)計(jì)采用的合龍方法是常見合龍順序的第一種，合龍從邊跨開始，即邊跨合龍→次邊跨合龍→中跨合龍。下面主要對(duì)原設(shè)計(jì)方案和其他兩種對(duì)稱合龍施工次序進(jìn)行比較研究，另兩種方案如下：方案Ⅰ為次邊跨合龍→中跨合龍→邊跨合龍；方案Ⅱ?yàn)橹锌绾淆垺芜吙绾淆垺吙绾淆?。在邊跨合龍中，由于東路高架橋過渡墩高度較大，邊跨現(xiàn)澆段及合龍段澆筑均采用吊架施工，由于吊架的一端支撐在懸臂梁段上（見圖2），邊跨現(xiàn)澆段和合龍段施工會(huì)對(duì)主墩上已澆筑的懸臂主梁產(chǎn)生較大影響。為了使3種方案的結(jié)果具有可比性，方案Ⅰ、Ⅱ采用與原方案相同的合龍施工配重、合龍溫度、預(yù)應(yīng)力張拉次序等。主梁節(jié)點(diǎn)位置見圖5。

圖5　東路高架橋主橋計(jì)算有限元模型

4.2合龍次序?qū)χ髁簯?yīng)力的影響

4.2.1成橋狀態(tài)下主梁的應(yīng)力比較

在主橋合龍完成并施加二期恒載后，比較3種合龍次序下的主梁應(yīng)力，結(jié)果見圖6、圖7和表1。

圖6　不同合龍次序時(shí)成橋狀態(tài)下主梁下緣應(yīng)力

根據(jù)圖6、圖7，原設(shè)計(jì)方案與另兩種方案在主梁應(yīng)力變化上有些不同，而方案Ⅰ、Ⅱ的主梁應(yīng)力基本沒有區(qū)別。原設(shè)計(jì)方案時(shí)主梁上緣應(yīng)力在邊跨至次邊跨跨中區(qū)域比方案Ⅰ、Ⅱ的大，其他區(qū)域原方案主梁上緣應(yīng)力比方案Ⅰ、Ⅱ的??；下緣應(yīng)力則相反，即邊跨至次邊跨跨中區(qū)域比方案Ⅰ、Ⅱ的小，其他區(qū)域較大。但3種方案的應(yīng)力值差別不大。

圖7　不同合龍次序時(shí)成橋狀態(tài)下主梁上緣應(yīng)力

由表1可知：原設(shè)計(jì)方案上緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在左中跨，為9.32 MPa；下緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在右中跨，為9.22 MPa。方案Ⅰ上緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在右次邊跨，為9.75 MPa；下緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在右邊跨，為10.59 MPa。方案Ⅱ上緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在右中跨，為9.69 MPa；下緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在右邊跨，為10.58 MPa。在原設(shè)計(jì)方案下進(jìn)行合龍時(shí)主梁應(yīng)力值最小。

表1　主梁最大壓應(yīng)力比較MPa

4.2.2作用效應(yīng)組合下的應(yīng)力比較

在超靜定結(jié)構(gòu)中，溫度變化和砼收縮徐變會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力變化，應(yīng)考慮在組合效應(yīng)下主梁受力變化情況。這里考慮“恒載+汽車荷載+砼收縮徐變+溫度”作用下主梁的應(yīng)力情況，主要比較主梁在作用該效應(yīng)組合下的最大壓應(yīng)力，結(jié)果見圖8和圖9。

圖8　不同合龍次序時(shí)效應(yīng)組合下主梁下緣最大壓應(yīng)力

圖9　不同合龍次序時(shí)效應(yīng)組合下主梁上緣最大壓應(yīng)力

根據(jù)圖8、圖9，在組合效應(yīng)下，3種合龍次序下主梁最大壓應(yīng)力均比成橋狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力大，但在各跨的分布規(guī)律和成橋狀態(tài)時(shí)相似。在組合效應(yīng)下，原設(shè)計(jì)方案的主梁應(yīng)力更均勻，最大壓應(yīng)力也較另外兩種方案的小，主梁受力更合理。

4.3合龍次序?qū)χ髁簱隙燃皹蚨瘴灰频挠绊?/p>

主梁撓度及橋墩位移是表征橋梁力學(xué)性能的主要參數(shù)之一。為進(jìn)一步了解不同合龍次序下主梁的力學(xué)性能，分別比較在施加二期恒載后成橋狀態(tài)下主梁豎向撓度累積值與墩頂水平位移的變化情況，結(jié)果見圖10和表2。

圖10　不同合龍次序時(shí)主梁豎向撓度累積值

表2　不同合龍次序時(shí)主墩墩頂水平位移比較 mm

由圖10可知：方案Ⅰ、Ⅱ的撓度累積值差別較小，但都比原設(shè)計(jì)方案的撓度累積值大，原方案主梁撓度最大值為62.4 mm，方案Ⅰ為125.6 mm，方案Ⅱ?yàn)?13.5 mm?？梢?，合龍次序的變化對(duì)主梁撓度的影響較大。

由表2可知：3種合龍次序中，每個(gè)墩墩頂?shù)乃轿灰贫加胁顒e，方案Ⅱ水平位移最小。

5　結(jié)論

（1）高墩剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋邊跨合龍宜采用吊架或托架施工，但需注意該方法和傳統(tǒng)方法在引起主梁內(nèi)力變化上的差異，確保施工安全。

（2）剛構(gòu)-連續(xù)組合體系梁橋進(jìn)入合龍階段后，體系發(fā)生轉(zhuǎn)換，由靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成多次超靜定結(jié)構(gòu)，不同合龍次序會(huì)導(dǎo)致施工過程中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的差異，引起不同的次內(nèi)力。

（3）通過比較東路高架橋3種合龍方案下主橋力學(xué)性能的差異，得到原設(shè)計(jì)方案在成橋狀態(tài)和效應(yīng)組合下的應(yīng)力更小，且分布更均勻。不同合龍次序下，主梁的撓度有較大區(qū)別，特別是原方案和其他兩種方案之間有明顯差異，分別相差63.2、51.1 mm。因此，采用不同合龍次序合龍時(shí)，要特別注意對(duì)主梁撓度的控制。

（4）采用3種合龍次序合龍都是可行的，主梁應(yīng)力、撓度均能滿足要求。由于原設(shè)計(jì)方案應(yīng)力內(nèi)力分布更均勻合理、主梁撓度累積值最小，便于減小施工控制誤差，建議采用原設(shè)計(jì)合龍次序。

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U448.21

A

1671-2668（2016）01-0151-05

2015-07-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51108046）