余文科， 張建軍， 楊美良

(1.長沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖南 長沙 410004; 2.中鐵十二局集團 第七工程有限公司， 湖南 長沙 410004)

一種新的連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方式探討

余文科1， 張建軍2， 楊美良1

(1.長沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖南 長沙 410004; 2.中鐵十二局集團 第七工程有限公司， 湖南 長沙 410004)

三跨連續(xù)剛構(gòu)橋的常規(guī)合龍方式有兩種：一是先邊跨合龍再中跨合龍，二是先中跨合龍再邊跨合龍。資興高速楊家灣大橋研發(fā)了一種邊跨不設(shè)合龍段的新合龍方式，以此為背景，分別建立了新合龍方式與常規(guī)先邊跨合龍后中跨合龍方式的有限元模型。結(jié)果表明，新合龍方式施工和成橋階段的應(yīng)力滿足設(shè)計和規(guī)范要求，且成橋線形優(yōu)于常規(guī)合龍方式。資興高速楊家灣大橋采用新合龍方式節(jié)省工期近2個月，節(jié)省支架(托架)等直接施工費用近40萬元，可為今后類似工程提供施工指導(dǎo)。

連續(xù)剛構(gòu)橋; 新合龍方式; 應(yīng)力; 線形

0 引言

合龍是連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控的關(guān)鍵，特別是在高墩連續(xù)剛構(gòu)橋中，合龍方式的不同對成橋和成橋后的受力性能有較大的影響[1-5]。在傳統(tǒng)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨直線段合龍方式的基礎(chǔ)上，資興高速楊家灣大橋研發(fā)了一種新的合龍方式：先完成中跨的合龍，然后將邊跨直線段(含合龍段)分成兩節(jié)段，利用邊跨側(cè)的掛籃繼續(xù)進行懸臂澆筑施工，并張拉相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束，直至完成兩個節(jié)段的施工，新的合龍方式只存在中跨合龍段，邊跨不設(shè)合龍段。現(xiàn)今的文獻對此研究較少。本文以楊家灣大橋為背景，對先邊跨合龍再中跨合龍的常規(guī)合龍方式和新的合龍方式進行研究，為該橋提供合理的施工方案。

1 工程概況

楊家灣大橋是廣西省資源(梅溪)至興安高速公路的一座大橋。主橋為(50+90+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其立面示意圖如圖1所示。該橋的主梁采用三向預(yù)應(yīng)力單箱雙室的混凝土箱梁，根部梁高為5.5 m，跨中梁高為2.6 m。主梁梁段分布如圖2所示，箱梁0#段長11.5 m(包括墩兩側(cè)各向外伸1 m)，每個T構(gòu)縱向劃分為12個對稱梁段。梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為1×2.25 m，2×2.5 m，3×3 m，3×3.5 m，3×4 m，13#梁段長2 m,邊跨現(xiàn)澆直線段14#、15#梁段總長3.92 m。0#、1#采用搭設(shè)托架澆筑，2#～12#梁段采用掛籃懸臂澆筑。主橋15#、16#橋墩采用雙肢薄壁墩，墩基礎(chǔ)采用承臺接樁基礎(chǔ)。

圖1 主橋立面示意圖(單位： cm)

圖2 梁段分布圖(單位： cm)

2 合龍方案

2.1 常規(guī)合龍方案

原設(shè)計連續(xù)剛構(gòu)合龍方式為先邊跨合龍，再中跨合龍，邊跨采用落地支架現(xiàn)澆方案，具體步驟如下：

①掛籃澆筑形成2個雙懸臂形支撐結(jié)構(gòu)，安裝邊跨合龍落地支架并加配重,在支架上現(xiàn)澆邊跨直線段14#、15#梁段，施工示意圖如圖3。②安裝邊跨合龍鎖定裝置，張拉臨時鎖定鋼束，澆筑邊跨合龍段13#梁段，張拉邊跨合龍段連續(xù)鋼束。③拆除邊跨合龍掛籃。④安裝中跨合龍吊架，安裝中跨合龍鎖定裝置，張拉臨時鎖定鋼束，澆筑中跨合龍段13#梁段，張拉中跨合龍連續(xù)鋼束。此為常規(guī)合龍方案。

圖3 常規(guī)合龍方案施工示意圖

2.2 提出的新合龍方案

在邊跨13#梁段增加臨時鋼束，即在邊跨13#梁段澆筑養(yǎng)生后，在箱梁頂板4-4截面和7-7截面之間兩端張拉4TL13臨時鋼束，邊跨施工完畢后予以拆除，其余鋼束不變。合龍方式變更為先完成中跨的合龍，然后將邊跨直線段(含合龍段)分成兩節(jié)段，利用邊跨側(cè)的掛籃繼續(xù)進行懸臂澆筑施工，并張拉相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束，直至完成兩個節(jié)段的施工，此為提出的新合龍方案。具體施工過程如下。

2.2.1 13#梁段施工

邊跨13#梁段長2 m，采用掛籃懸臂施工，施工方式與2#～12#梁段相同，施工時兩邊跨的13#梁段混凝土澆筑應(yīng)對稱進行，邊澆筑邊取消邊跨配重?；炷琉B(yǎng)生，張拉13#梁段臨時鋼束，如圖4。

圖4 邊跨13#梁段施工

2.2.2 14#、15#梁段施工

邊跨14#、15#梁段合計長3.92 m(其中在邊墩蓋梁上1.32 m，懸挑部分2.6 m)。施工步驟如下：

1) 掛籃后移。

將掛籃主桁架、掛籃底模整體后移，保證掛籃底模前吊點距離已澆筑13#梁段的前緣50 cm，如圖5。

圖5 掛籃后移，錨固掛籃底模(單位： cm)

在13#梁段箱室的底板設(shè)6個預(yù)留孔，穿Φ32精軋螺紋鋼吊帶，將掛籃底模前下橫梁錨固在13#梁段底板上，拆除前上橫梁與前下橫梁之間的吊帶，使掛籃主桁架與底模脫離，調(diào)節(jié)降低掛籃底模，使其脫離13#梁段底板的高度為50 cm。如圖6。

圖6 掛籃底模錨固橫斷面(單位： cm)

2) 安裝14#、15#梁段底模。

縱向鋪設(shè)雙拼25工字鋼分配梁，縱梁一端搭在掛籃底模的前橫梁上并點焊固定，另一端搭在過渡墩蓋梁上，為了方便拆模，先在蓋梁上鋪一層細砂，將細砂壓緊后上鋪一塊薄鋼板，拆模時將細砂掏出。在縱梁上鋪6 mm厚鋼板或竹膠板作為14#、15#塊底模，調(diào)節(jié)掛籃底模前、后下橫梁吊帶將掛籃底模壓緊，使14#、15#現(xiàn)澆段底模的上表面與已澆筑的13#梁段底板密貼。如圖7。

圖7 安裝14#、15#梁段底模

3) 模板堆載預(yù)壓。

4) 掛籃前移，施工14#、15#梁段。

掛籃前移到13#梁段如圖8，安裝外側(cè)模。兩個邊跨的14#、15#梁段混凝土澆筑應(yīng)對稱進行，同步在中跨側(cè)配重，混凝土養(yǎng)生，張拉相應(yīng)鋼束。

圖8 掛籃前移，安裝側(cè)模，澆筑14#、15#梁段

5) 收尾。

拆除邊跨掛籃及合龍吊架，拆除中跨配重。拆除邊跨13#梁段臨時鋼束，對管道進行壓漿處理。拆除中跨掛籃及合龍吊架。

新的合龍方案其實就是高墩連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨直線段掛籃配合蓋梁支架整體施工方式[6]，該方案具有以下特點： ①取消了邊跨合龍段，優(yōu)化了施工，加快了施工進度； ②充分利用掛籃，節(jié)約了支(托)架、合龍段臨時鎖定等結(jié)構(gòu)的資金，為項目節(jié)約成本； ③操作較為方便，適用性強，降低了高墩施工的危險性。

3 有限元模型建立與對比分析

根據(jù)2種合龍方案具體的施工過程，應(yīng)用Midas有限元軟件，分別建立模型并進行分析。有限元模型如圖9所示。2個模型僅預(yù)應(yīng)力鋼束和施工階段參數(shù)不同，其余參數(shù)相同。全橋模型共159個單元，168個節(jié)點，其中主梁為1～78單元；均采用空間桿系單元，模型整體坐標系：X軸、Y軸、Z軸分別表示順橋向、橫橋向、豎向；主梁每一個梁段作為一個施工階段，一個施工階段用時10 d，混凝土單元初次加載齡期為7 d，施工過程包括掛籃就位、掛籃立模、澆筑混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉4步。主要考慮荷載包括：自重，掛籃荷載，混凝土濕重，施工荷載，預(yù)應(yīng)力荷載，二期恒載。邊界條件為：墩底固結(jié)，15#、16#橋墩為墩梁固結(jié)，14#、17#橋墩為墩梁鉸接。

圖9 有限元模型

3.1 主梁應(yīng)力對比

3.1.1 關(guān)鍵施工階段主梁應(yīng)力

邊跨13#梁、14#和15#梁段施工完成2個工況下主梁上、下緣應(yīng)力如圖10和圖11所示。

圖10 邊跨13#梁段施工完成主梁上下緣應(yīng)力圖

圖11 14#和15#梁段施工完成主梁上下緣應(yīng)力圖

由圖10、圖11可知，按照新的合龍方案，邊跨13#梁段施工完成后，主梁上緣壓應(yīng)力在主跨根部達到最大值，為14.6 MPa，主梁上緣沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力；主梁下緣壓應(yīng)力在主跨跨中達到最大值，為7.5 MPa，主梁下緣拉應(yīng)力僅出現(xiàn)在邊跨13#梁段，最大為0.3 MPa。14#和15#梁段施工完成后，主梁上緣壓應(yīng)力在主跨根部達到最大值，為13.2 MPa，主梁上緣沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力；主梁下緣壓應(yīng)力在主跨跨中達到最大值，為5.6 MPa，主梁下緣沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力。滿足規(guī)范[7]要求。

3.1.2 施加二期恒載后主梁應(yīng)力對比

施加二期恒載后，主梁上、下緣應(yīng)力分別如圖12和圖13所示。

圖12 施加二期恒載后主梁上緣應(yīng)力

圖13 施加二期恒載后主梁下緣應(yīng)力

從圖12和圖13可知，施加二期恒載后，2種合龍方案的上緣應(yīng)力值吻合較好;新的合龍方案對邊跨下緣應(yīng)力有影響，比常規(guī)合龍方案要大，最大處相差1 MPa,其它梁段影響不明顯。

3.2 墩底應(yīng)力對比

在中跨合龍時，隨著合龍段處預(yù)應(yīng)力筋的張拉，結(jié)構(gòu)會受到水平力作用，在橋墩處產(chǎn)生彎矩。因為橋墩高度不同，水平力引起的墩底應(yīng)力勢必不同，由于邊跨墩梁鉸接，合龍張拉水平力不會影響邊跨橋墩墩底應(yīng)力。15#～16#墩底截面應(yīng)力值如表1所示。

表1 墩底截面應(yīng)力值 MPa

由表1可知：施加二期恒載后，新的合龍方案對墩底截面應(yīng)力影響與常規(guī)合龍方案相差很小。

3.3 主梁線形對比

施加二期恒載后，新的合龍方案和常規(guī)合龍方案的主梁豎向位移如圖14所示。

圖14 施加二期恒載后主梁豎向位移

由圖14可知: 新的合龍方案只對連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨豎向位移影響較大，尤其在邊跨12#梁段與13#梁段交界相差最大，比常規(guī)合龍方案小11 mm，主跨豎向位移值吻合較好。新的合龍方案邊跨豎向位移過渡緩和，有利于預(yù)拱度設(shè)置。

3.4 墩頂水平位移對比

新的合龍方案由于涉及到臨時鋼束，因而預(yù)應(yīng)力對墩頂水平位移的影響與常規(guī)合龍方案不同，由于邊跨墩梁鉸接，故不予考慮。僅考慮中跨墩梁固結(jié)處，15#～16#墩頂水平位移值如表2所示。

表2 墩頂水平位移值 mm

由表2可知，施加二期恒載后，新的合龍方案的墩頂水平位移絕對值比常規(guī)合龍方案要大。

4 結(jié)論

通過理論分析和現(xiàn)場施工監(jiān)控表明，新合龍方式施工和成橋階段的應(yīng)力滿足設(shè)計和規(guī)范要求，且成橋線形優(yōu)于常規(guī)合龍方式。資興高速楊家灣大橋采用新合龍方式，確保了楊家灣大橋的順利合龍，節(jié)省工期近2個月，節(jié)省支架(托架)等直接施工費用近40萬元，可為今后類似工程提供施工指導(dǎo)。

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[6] 朱英磊,穆建廷.掛籃懸臂澆筑連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨直線段施工方法研究[J].國防交通工程與技術(shù)，2015(1)：27-30.

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2016-10-25

余文科(1991-)，男，碩士研究生，從事橋梁與結(jié)構(gòu)工程的研究。

1008-844X(2017)02-0135-05

U 448.23

A