(中國水利水電第十一工程局有限公司, 河南 鄭州 450001)

隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，跨越高速公路、河流等障礙物時(shí)已廣泛使用大跨度連續(xù)梁，大部分采用懸臂澆筑法施工，合龍是懸澆法施工的關(guān)鍵工序，合龍鎖定更是其中的重中之重。

合龍之前，合攏段兩側(cè)的梁段已經(jīng)施工完成，合龍期間，會因?yàn)橐褲擦憾蔚臒崦浝淇s，導(dǎo)致合攏段的兩側(cè)受到拉力或者壓力，新澆混凝土強(qiáng)度低，尤其抗拉能力更弱，若不采取鎖定措施或措施不到位，都會引起合攏段的結(jié)構(gòu)開裂。

本文的力學(xué)分析思路采用變形協(xié)調(diào)原理，結(jié)合已建成的京滬高鐵黃河南引特大橋＂——47#～50#跨北繞城高速(40+56+40)m連續(xù)梁作為實(shí)例，通過對典型懸澆法連續(xù)梁邊跨、中跨合龍鎖定力學(xué)分析，為類似工程提供參考。

1 邊跨合龍鎖定

1.1 邊跨合龍工序

掛籃及模板就位→綁扎鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道→安裝勁性骨架→“T”懸臂端壓配重→澆筑合攏段砼→砼養(yǎng)生至設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度→拆除內(nèi)模板→按設(shè)計(jì)要求解除鎖定→張拉剩余合攏束并壓漿。鎖定選用勁性鋼支撐外部鎖定形式，但是現(xiàn)在主墩上臨時(shí)支座未解除，邊跨合龍形象見下圖1-1

圖1-1 邊跨合龍示意圖

1.2 理論模型建立

位于48#墩頂?shù)呐R時(shí)支座尚未解除，可以認(rèn)為此時(shí)48#墩與梁部固結(jié)。

位于47#墩上的48-8#邊跨現(xiàn)澆段，梁段由于支座的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于混凝土梁段與鋼模板之間的摩擦系數(shù)，趨于保守考慮，可以認(rèn)為全梁段為混凝土與鋼模板的摩擦力為主，若邊跨現(xiàn)澆段48-8#塊與鋼模板的摩擦力足夠大時(shí)，能抵抗整個(gè)邊跨梁段的溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力，可簡化為47#墩與梁體固結(jié)，此時(shí)力學(xué)簡圖如下圖1-2

圖1-2 現(xiàn)澆段摩擦力大于溫度內(nèi)力時(shí)邊跨現(xiàn)澆段力學(xué)簡圖

若邊跨現(xiàn)澆段 48-8#塊與鋼模板的摩擦力不能抵抗整個(gè)邊跨梁段的溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力，可簡化為47#墩與梁體鉸接，此時(shí)力學(xué)簡圖如下圖1-3

圖1-3 現(xiàn)澆段摩擦力小于溫度內(nèi)力時(shí)邊跨現(xiàn)澆段力學(xué)簡圖

1.3 溫度應(yīng)力分析和計(jì)算

為簡化計(jì)算，將溫度變化產(chǎn)生的軸向力按線膨脹計(jì)算，并將變截面箱梁分段按其平均截面計(jì)算。

設(shè)梁升溫△t時(shí)產(chǎn)生的自由伸長量為△lt，由于兩端約束產(chǎn)生的縮短為△lN，則：

因αg＝αh，有

又

假設(shè)兩墩身無變位，則按變形協(xié)調(diào)原理，有：

△lt＝△lN(1-4)

由式(8-2)，式(8-3)和式(8-4)可得：

式中：N—梁因升溫所受的軸向力；

αh,αg—分別為混凝土和鋼的線膨脹系數(shù)；

Eg,,Eh—分別為鋼和混凝土的彈性模量；

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑某Ｄ暝職鉁兀玫浆F(xiàn)場溫度統(tǒng)計(jì)表(見表1-1)。

項(xiàng)目 1月 2月3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月11月12月平均最低溫度（℃） -5 -2 4 11 17 21 23 22 17 11 4 -2平均最高溫度（℃） 4 7 13 22 27 32 32 31 27 21 13 6

表1-1 當(dāng)?shù)爻Ｄ暝職鉁亟y(tǒng)計(jì)表

在橋墩48 和49 主墩位置設(shè)置了臨時(shí)固結(jié)裝置，箱梁截面特性統(tǒng)計(jì)表，如表1-2所示。

節(jié)段號節(jié)段長度 平均截面積（m） （mm2） （10-11m/N）0（1/2） 4.5 15512667 1.450 1 3.5 14528571 1.205 2 3.5 13738000 1.274懸臂澆筑段3 3.5 12715714 1.376 4 4 11400250 1.754 5 4 10504250 1.904 6 4 10270750 1.947合攏段 7 2 10271000 0.974支架直線段 8 11.75 10912255 5.384

表1-2 （40+56+40）m連續(xù)箱梁截面特性

假設(shè)兩墩身無位移，則依變形協(xié)調(diào)原理和圖3所示的力學(xué)模型，依據(jù)公式(1-5)：

1.4 邊跨摩擦力計(jì)算

N=μG=3529kN

G—邊跨現(xiàn)澆段重量，為3330kN；

μ—鋼與混凝土摩擦系數(shù)，考慮邊跨現(xiàn)澆段最大靜摩擦力選取為1.06。

1.5 分析及驗(yàn)算

此時(shí)邊跨摩擦力大于溫度應(yīng)力，應(yīng)按照圖1-2受力模式進(jìn)行驗(yàn)算，此時(shí)只需考慮溫度內(nèi)力。而當(dāng)橋梁邊跨較大，而溫度內(nèi)力大于邊跨摩擦力時(shí)，按圖1-3進(jìn)行驗(yàn)算，只需考慮摩擦力。

驗(yàn)算時(shí)需考慮鋼支撐的穩(wěn)定性、焊縫的強(qiáng)度、鋼支撐是否能抵抗臨時(shí)束的張拉力、溫度內(nèi)力導(dǎo)致鎖定鋼支撐的變形是否小于合攏段混凝土不開裂的容許應(yīng)變。

1.2.1 鎖定鋼支撐穩(wěn)定驗(yàn)算

勁性鋼支撐設(shè)置：邊跨現(xiàn)澆段及 6號塊梁段頂部及其梁段內(nèi)側(cè)各預(yù)埋 4塊500mm寬，1000mm長，20mm厚鋼板做板面的預(yù)埋件，勁性鋼支撐采用2Ⅰ25b工字鋼焊接而成。

Ⅰ25b工字鋼A=53.51cm2，ix=9.93cm，iy=2.36cm，

兩端剛結(jié)，計(jì)算長度系數(shù)取0.5，偏于安全取0.65，

λ--- 長細(xì)比；

---穩(wěn)定系數(shù)；

滿足要求。

1.2.2 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算

雙25工字鋼與鋼板焊接長度按8.4m計(jì)算，焊縫抗剪強(qiáng)度按160MPa，焊縫寬度按6mm控制，總焊縫強(qiáng)度為：

F= 160×6×8400=8064kN ＞2179.399kN,故焊縫能夠滿足強(qiáng)度要求。

1.2.3 抵抗臨時(shí)束張拉力驗(yàn)算

邊跨合攏段張拉臨時(shí)束T9、B12左右各一束，張拉力大小為

1.2.4 抵抗合攏段變形驗(yàn)算

ε= N/AEg＜εh；

Eg---為勁性骨架的彈性模量；

εh---混凝土為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的混凝土極限壓應(yīng)變。

2 中跨合龍鎖定

2.1 中跨合龍工序

此時(shí)主墩上臨時(shí)支座已經(jīng)解除，中跨合龍形象見下圖2-1

圖2-1 中跨合龍示意圖

2.2 理論模型建立

位于49#墩頂?shù)臑楣潭ㄖё幸呀獬梢哉J(rèn)為49#墩與梁部為固結(jié)。

位于 48#墩頂?shù)呐R時(shí)支座尚已解除，位于 47、48#墩上的為懸臂簡支結(jié)構(gòu)，梁段順橋向約束以支座的摩擦力為主，若支座的摩擦力足夠大時(shí)，能抵抗整個(gè)中跨梁段的溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力，可簡化為48#墩與梁體固結(jié)，此時(shí)力學(xué)簡圖如下圖2-2

圖2-2 現(xiàn)澆段摩擦力大于溫度內(nèi)力時(shí)邊跨現(xiàn)澆段力學(xué)簡圖

若簡支懸臂梁支座的摩擦力不能抵抗整個(gè)中跨溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力，可簡化為48#墩與梁體鉸接，此時(shí)力學(xué)簡圖如下圖2-3

2.3 溫度應(yīng)力分析和計(jì)算

為簡化計(jì)算，將溫度變化產(chǎn)生的軸向力按線膨脹計(jì)算，并將變截面箱梁

圖2-3 現(xiàn)澆段摩擦力小于溫度內(nèi)力時(shí)邊跨現(xiàn)澆段力學(xué)簡圖

分段按其平均截面計(jì)算。則連續(xù)梁合攏段施工的溫度應(yīng)力計(jì)算圖式按圖2計(jì)算。設(shè)梁升溫△t時(shí)產(chǎn)生的自由伸長量為△lt，由于兩端約束產(chǎn)生的縮短為△lN，則：

因αg＝αh，有

又

假設(shè)兩墩身無變位，則按變形協(xié)調(diào)原理，有：

△lt＝△lN(2-4)

由式(8-2)，式(8-3)和式(8-4)可得：

式中：N—梁因升溫所受的軸向力；

αh,αg—分別為混凝土和鋼的線膨脹系數(shù)；

l, lh,, lg—分別為合攏跨總長，懸臂灌注段長度及合攏口的鋼支撐長度；

依據(jù)公式(2-5)：

2.4 中跨摩擦力計(jì)算

N=μG=0.05*2166400*9.8=1061.5 kN

G—承重為全橋除去中跨合攏段梁體重量的1/2；

μ—由支座廠家提供的支座活動摩擦系數(shù)為 0.02，最大靜摩擦摩擦系數(shù)為0.05。

2.5 分析及驗(yàn)算

此時(shí)梁段的摩擦力小于溫度應(yīng)力，應(yīng)按照圖 2-3受力模式進(jìn)行驗(yàn)算，此時(shí)只需考慮摩擦力。

驗(yàn)算時(shí)同邊跨一樣，需考慮鋼支撐的穩(wěn)定性、焊縫的強(qiáng)度、鋼支撐是否能抵抗臨時(shí)束的張拉力、溫度內(nèi)力導(dǎo)致鎖定鋼支撐的變形是否小于合攏段混凝土不開裂的容許應(yīng)變。具體驗(yàn)算不再贅述。

3 結(jié)語及注意事項(xiàng)

合龍前，應(yīng)連續(xù)實(shí)測當(dāng)?shù)貧鉁氐淖兓闆r，并關(guān)注天氣預(yù)報(bào)。合龍焊縫很長，，最好在合龍前鎖定鋼支撐一側(cè)焊接完畢，留下另一端自由端，配備足夠資源，保證在最低溫度下及時(shí)焊接完畢。

前后有數(shù)座同類型橋梁也按照同樣方式進(jìn)行合龍鎖定計(jì)算，橋梁已經(jīng)順利合龍并順利投入運(yùn)營數(shù)年，但是需要注意的是，合攏段的裂縫產(chǎn)生原因還有混凝土配合比、養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力等很多影響因素仍需引起足夠重視。

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