寇明國 黃 江

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

?

連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段頂推力研究

寇明國 黃 江

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

以姑溪河特大橋?yàn)槔?，對連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段頂推力進(jìn)行了研究，運(yùn)用有限元軟件計算出合龍段的頂推力，并通過對不同頂推力下的主墩變形和內(nèi)力進(jìn)行對比分析，確定出合理的頂推力大小。

連續(xù)剛構(gòu)橋，中跨合龍段，頂推力，主墩

由于連續(xù)剛構(gòu)橋本身的受力特點(diǎn)，與邊跨相鄰的主墩，在恒載作用下，兩墩柱垂直力相差加大，內(nèi)側(cè)墩柱反力遠(yuǎn)大于外墩柱反力，且墩頂還存在較大的彎矩；混凝土主梁收縮、徐變導(dǎo)致主墩產(chǎn)生向跨中方向的變形，從而在主墩頂部、底部產(chǎn)生較大的次彎矩效應(yīng)，在與體系溫差的疊加下將加大對墩身的不利影響。通過計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橋梁完成邊跨合龍后，再在中跨合龍前對跨中合龍段的懸臂端施加一對反向水平推力，使主墩向邊跨側(cè)發(fā)生設(shè)定的預(yù)偏位以抵消中跨合龍后主梁收縮、徐變產(chǎn)生的次內(nèi)力和變位，并減小次內(nèi)力與體系溫差組合的不利效果，從而達(dá)到改善主墩墩身受力性能的目的[1]。這種中跨合龍段的頂推力對墩身有種類似于“預(yù)應(yīng)力”的效果。這種“預(yù)應(yīng)力”對于改善矮墩連續(xù)剛構(gòu)主墩墩身受力更為明顯[2]。工程中可通過施加頂推力來優(yōu)化橋墩斷面，但這個“預(yù)應(yīng)力”施加多大算合理、應(yīng)遵循什么原則，目前尚未見到相關(guān)明確論述。本文結(jié)合某工程實(shí)例對剛構(gòu)橋中跨合龍段的頂推力進(jìn)行了專門的研究。

1 施加頂推力的原則

通過有限元計算及工程實(shí)例發(fā)現(xiàn)，降低主梁混凝土收縮徐變及體系溫差對連續(xù)剛構(gòu)主墩身受力的不利影響是頂推力施加的首要出發(fā)點(diǎn)[3]，具體包括以下幾點(diǎn)：

1)通過施加中跨合龍段水平頂推力后產(chǎn)生的彎矩能盡量抵消合龍后由主梁自重、混凝土收縮徐變等作用在墩身產(chǎn)生的彎矩，這樣才能改善墩身受力性能，并達(dá)到控制墩身裂縫寬度及減少主筋數(shù)量的目的。2)施加中跨合龍段水平頂推力后產(chǎn)生的墩頂預(yù)偏能部分抵消合龍后由主梁混凝土收縮徐變在主墩產(chǎn)生的收縮，從而達(dá)到減小主墩墩頂水平位移的效果。3)考慮了體系降溫作用的組合往往是控制主墩設(shè)計的關(guān)鍵，施加水平頂推力后會顯著減小此控制組合值，但施加過大的水平頂推力，會導(dǎo)致主墩墩身控制組合的體系溫差作用可能改為體系升溫作用，因此認(rèn)為過大的頂推力失去其意義。

因此，在不超標(biāo)的前提下最大限度地實(shí)現(xiàn)頂推力的有利效果就是頂推力的取值原則。根據(jù)此原則，下文結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行闡述具體應(yīng)用。

2 工程實(shí)例概況

姑溪河特大橋是S247(圍屋路)改擴(kuò)建工程的控制性節(jié)點(diǎn)之一。該橋主橋是一座3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為(76+135+76)m，橋梁立面布置如圖1所示。

主梁為單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬12 m，底板寬7 m；跨中梁高3.5 m，支點(diǎn)梁高8 m，懸澆部分梁高按2次拋物線規(guī)律變化；箱梁頂板厚28 cm，跨中底板厚度32 cm，支點(diǎn)底板厚度100 cm，懸澆部分底板按2次拋物線規(guī)律變化；跨中腹板厚度50 cm，支點(diǎn)腹板厚度90 cm，腹板厚度按分段等厚規(guī)律變化。主墩采用雙肢薄壁墩，墩高16 m，橋墩壁厚1.6 m，雙肢墩中心距4 m；采用9根2 m樁基礎(chǔ)。

姑溪河大橋主墩構(gòu)造見圖2。

3 合理頂推力的確定

采用有限元軟件Midas Civil建立全橋模型，主梁及主墩均采用梁單元模擬，主梁與主墩之間采用彈性連接剛性處理，有限元模型離散圖如圖3所示。

3.1 頂推力與墩身最大裂縫寬度的關(guān)系

表1給出墩身最大裂縫寬度與頂推力之間的對應(yīng)關(guān)系。由表1可以看出墩身最大裂縫寬度與頂推力之間為線性關(guān)系；頂推力每增加1 000 kN，墩身最大裂縫寬度減少0.01 mm。因?yàn)槎丈肀容^矮，在不施加頂推力時墩身受力較大，在最不利作用組合下墩身截面最大裂縫寬多達(dá)0.19 mm。經(jīng)過試算，若把裂縫寬度控制在0.15 mm以內(nèi)，頂推力需不小于4 000 kN。

表1 墩身最大裂縫寬度與頂推力的關(guān)系

3.2 頂推力與墩身內(nèi)力、位移的關(guān)系

圖4給出了墩底彎矩、墩底軸力與頂推力之間的線性關(guān)系；隨著頂推力的增大，墩底截面彎矩、軸力減小。

圖5分別給出了3年收縮徐變荷載工況、3年收縮徐變+升溫荷載組合工況及3年收縮徐變+降溫荷載組合工況下，墩頂位移與頂推力的線性關(guān)系。隨著頂推力的增大，墩頂位移不斷減小。

由圖5可知，當(dāng)頂推力取7 000 kN時，3年+升溫組合下，墩頂位移由0.84 cm調(diào)整為-0.87 cm，因此頂推力繼續(xù)增大的意義不大。綜合考慮，頂推力取5 000 kN較為合理。

3.3 墩身控制截面受力性能比較

表2給出了合龍前施加頂推力與不施加頂推力，墩身控制截面的內(nèi)力及水平變位。在永久荷載作用下墩身受力得到明顯改善；基本確保了成橋狀態(tài)下墩身保持鉛直。

表2 墩身控制截面內(nèi)力及變位比較

4 結(jié)語

1)本文研究了頂推力取值原則：在不超限的前提下最大限度地實(shí)現(xiàn)了水平頂推力的有利效果。

2)結(jié)合姑溪河特大橋工程實(shí)例，驗(yàn)證了頂推力對墩身內(nèi)力及位移的改善效果。

3)對于矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋，通過中跨合龍前施加頂推力，有效降低墩身設(shè)計難度，從而能大大增強(qiáng)連續(xù)剛構(gòu)橋的適用范圍。

4)施加中跨合龍段水平頂推力可避免連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)淆垳囟鹊南拗?，合龍時溫度與設(shè)計對比偏高或偏低，可通過調(diào)整水平頂推力大小來改善橋梁受力，主要原則為“溫高大頂力，溫低小頂力”[4]。

[1] 鄒毅松，單榮相.連續(xù)剛構(gòu)橋合龍頂推力的確定[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，2006(4):110-112.

[2] 張剛剛，吳重男.連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段頂推力設(shè)計探討[J].中外公路，2011(5):103-106.

[3] 姜天曉，劉三奇，胡 成.高樁承臺柔性基礎(chǔ)連續(xù)剛構(gòu)橋合龍頂推力研究[J].工程與建設(shè)，2010,24(3):80-81.

[4] 劉昌國，殷燦彬.連續(xù)剛構(gòu)橋高溫合攏頂推力的分析與試驗(yàn)研究[J].公路工程，2009,34(5):160-161.

[5] 馬衛(wèi)華，孫全勝.連續(xù)剛構(gòu)橋非高溫頂推合攏試驗(yàn)分析[J].低溫建筑技術(shù)，2011,33(4):101-102.

The jacking force research for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge

Kou Mingguo Huang Jiang

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

Taking the Guxi river super bridge as an example, this thesis researches the jacking force for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge, using the finite element software to calculate the jacking force and contrasting the deformation and internal force by different jacking forces, finally this thesis deduces the optimal jacking force.

continuous rigid-frame bridge， the closure for middle span， jacking force， main pier

1009-6825(2017)14-0161-03

2017-02-21

寇明國(1977- )，男，碩士，高級工程師

U441

A