(湖南省高速公路集團(tuán)有限公司 株洲管理處, 湖南 株洲 412000)

連續(xù)剛構(gòu)橋由于墩梁固結(jié)，跨越能力更大，在我國橋梁建設(shè)中具有重要地位。目前，連續(xù)剛構(gòu)橋合龍施工大多數(shù)是先邊跨后中跨依次合龍，期間主梁結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)歷多次體系轉(zhuǎn)換，其力學(xué)行為也會(huì)發(fā)生變化，本文以某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象，探究不同合龍順序?qū)χ髁航孛鎽?yīng)力及線形的影響規(guī)律。

1 工程概況

本文以G72泉南高速上某4跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑯蚩绮贾脼?80+150+150+80)m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，邊中跨比0.533，主梁截面形式為單箱單室混凝土箱梁，墩頂位置梁高9 m，跨中截面梁高3.5 m，梁高按1.8次拋物線變化，箱梁頂板寬12.125 m，底板寬6.5 m，翼緣板懸挑2.812 5 m，混凝土材料標(biāo)號(hào)C55，橋墩采用C40混凝土。全橋共分為17個(gè)對(duì)稱懸澆段，其中0號(hào)塊長14 m，1～17號(hào)節(jié)段長度為7×3.5 m+5×4.0 m+5×4.5 m，邊跨及中跨合龍段為2 m，邊跨現(xiàn)澆段長度3.76 m，結(jié)構(gòu)形式為全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，設(shè)有三向預(yù)應(yīng)力體系。設(shè)計(jì)洪水頻率為100a一遇。橋型布置圖及截面布置圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 橋型布置圖(單位： cm)

圖2 截面布置示意圖(單位： cm)

2 有限元模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場施工方案，采用Midas Civil建立該橋有限元模型，主梁及橋墩均采用梁單元模擬，梁與墩頂之間建立彈性連接，模擬其共同受力，橋墩底部使用固結(jié)約束，不考慮樁土作用的影響，使用軟件中自帶的激活、鈍化功能模擬其施工階段，為簡化計(jì)算，二期恒載以等效荷載的形式考慮，有限元模型見圖3。

圖3 有限元模型示意圖

考慮先邊跨后中跨依次合龍及邊中跨同時(shí)合龍2種工況，分別對(duì)其進(jìn)行有限元模擬，分析不同合龍工況下橋梁力學(xué)響應(yīng)特征。

3 不同合龍順序?qū)χ髁菏芰Φ挠绊?/h2>

3.1 不同合龍順序?qū)χ髁簯?yīng)力的影響

在不同合龍順序的方案中，主梁所受到的最大應(yīng)力都不允許超過規(guī)范所規(guī)定的容許應(yīng)力?，F(xiàn)將不同合龍順序成橋工況及混凝土10 a收縮徐變工況下主梁上、下緣所出現(xiàn)的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示(“+” 為拉應(yīng)力，“-”為壓應(yīng)力，下同)。

計(jì)算結(jié)果表明：成橋及10 a收縮徐變工況下，主梁上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)相同，應(yīng)力相差很小。以成橋工況為例，其截面上、下緣在不同合龍順序下應(yīng)力最大變化量分別為-0.31、0.29 MPa，變化幅度僅為2.28%和4.51%，在實(shí)際工程中可以忽略不計(jì)。因此可認(rèn)為不同合龍順序?qū)χ髁航孛鎽?yīng)力影響較小，可不予考慮。

表1 不同合龍順序?qū)χ髁航孛鎽?yīng)力影響MPa位置成橋工況10 a收縮徐變工況邊中跨依次合龍同時(shí)合龍邊中跨依次合龍同時(shí)合龍上緣下緣上緣下緣上緣下緣上緣下緣左支點(diǎn)-1.38-3.44-1.39-3.45-1.37-3.51-1.38-3.51左邊跨1/4處-9.50-5.63-9.44-5.83-8.99-5.78-9.02-5.88左邊跨跨中-11.76-7.86-11.66-8.06-10.92-8.35-10.91-8.49左邊跨3/4處-11.55-7.07-11.55-7.21-10.71-7.69-10.70-7.818#墩墩頂-8.83-8.67-8.91-8.63-8.11-9.34-8.22-9.34左中跨1/4處-12.39-6.71-12.71-6.43-11.24-7.35-11.56-7.19左中跨跨中-7.30-8.96-7.28-8.90-6.54-8.85-6.47-8.86左中跨3/4處-13.55-6.43-13.44-6.56-12.08-7.30-12.09-7.419#墩墩頂-8.85-8.63-8.80-8.73-7.87-9.51-7.89-9.59右中跨1/4處-12.39-6.73-12.39-6.85-10.92-7.67-11.02-7.78右中跨跨中-7.30-8.99-7.29-8.92-6.49-8.90-6.42-8.91右中跨3/4處-13.55-6.43-13.86-6.14-12.30-7.05-12.52-6.8810#墩墩頂-8.85-8.64-8.93-8.63-8.09-9.33-8.19-9.33右邊跨1/4處-10.92-6.66-10.82-6.87-10.02-7.29-10.03-7.45右邊跨跨中-10.71-8.39-10.50-8.67-9.82-8.88-9.80-9.06右邊跨3/4處-7.71-5.80-7.59-6.07-7.30-5.91-7.28-6.06右支點(diǎn)-1.38-3.43-1.38-3.44-1.36-3.50-1.37-3.50

3.2 不同合龍順序?qū)χ髁壕€形的影響

選取主橋縱向關(guān)鍵截面，提取成橋工況與10 a收縮徐變工況下主梁最大豎向變形結(jié)果。具體結(jié)果如表2所示。

對(duì)比分析結(jié)果表明：不同合龍順序?qū)χ髁贺Q向變形有較大影響。對(duì)于成橋工況，先邊跨后中跨依次合龍時(shí)主梁最大豎向變形為-35.96 mm，邊中跨同時(shí)合龍時(shí)主梁最大豎向變形為-60.35 mm，發(fā)生位置均為右邊跨3/4處，主梁撓度有大幅增長，增幅達(dá)67.8%；對(duì)于10 a收縮徐變工況，先邊跨后中跨依次合龍時(shí)主梁最大豎向變形為-42.31 mm，邊中跨同時(shí)合龍時(shí)主梁最大豎向變形為-66.68 mm，發(fā)生位置均為右邊跨3/4處，增幅達(dá)57.6%，邊中跨同時(shí)合龍會(huì)造成主梁下?lián)献兇螅舨捎迷摲椒ㄟM(jìn)行合龍，應(yīng)在合龍前調(diào)整立模標(biāo)高，以保證線形平穩(wěn)流暢。

表2 不同合龍順序?qū)χ髁壕€形影響mm位置成橋工況10 a收縮徐變工況邊中跨依次合龍同時(shí)合龍邊中跨依次合龍同時(shí)合龍左支點(diǎn)0.000.000.000.00左邊跨1/4處-33.77-52.62-29.04-37.84左邊跨跨中-9.57-20.62-35.02-40.09左邊跨3/4處-12.55-17.88-24.62-30.068#墩墩頂-16.47-16.28-11.20-19.27左中跨1/4處-11.34-1.58-23.92-24.66左中跨跨中4.831.75-29.27-33.23左中跨3/4處-15.46-15.66-21.36-32.519#墩墩頂-26.55-26.27-10.61-13.64右中跨1/4處-16.59-16.79-23.15-36.92右中跨跨中5.362.08-30.51-44.46右中跨3/4處-10.383.54-26.34-38.5710#墩墩頂-19.31-19.08-16.67-21.63右邊跨1/4處-15.27-22.22-39.65-46.74右邊跨跨中-12.27-26.61-33.62-37.98右邊跨3/4處-35.96-60.35-42.31-66.68右支點(diǎn)0.000.000.000.00

3.3 不同合龍順序?qū)Χ枕攺澗氐挠绊?/h3>

連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂區(qū)域由于構(gòu)造復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量多，該區(qū)域受力應(yīng)引起高度重視，現(xiàn)以該橋墩頂彎矩為考察指標(biāo)，對(duì)比分析2種合龍工況對(duì)墩頂彎矩的影響，具體結(jié)果如表3所示。

表3 不同合龍順序?qū)Χ枕攺澗氐挠绊?kN·m)位置成橋工況10 a收縮徐變工況邊中跨依次合龍同時(shí)合龍邊中跨依次合龍同時(shí)合龍8#墩墩頂-31 225.16-39 684.34-47 639.24-49 144.669#墩墩頂-63 259.54-78 289.52-91 513.09-92 499.0510#墩墩頂-32 162.81-41 098.57-49 069.79-50 931.66

選取該橋8#～10#墩墩頂截面作為對(duì)比分析截面，對(duì)比2種合龍順序截面最大彎矩值，計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于成橋工況，兩者彎矩值有一定區(qū)別，邊中跨同時(shí)合龍時(shí)8#～10#墩墩頂截面彎矩比依次合龍時(shí)彎矩大23%～27%；對(duì)于10 a收縮徐變工況，兩者彎矩值相差不大，彎矩差均在4%以內(nèi)。原因是橋梁在合龍時(shí)會(huì)經(jīng)歷多次體系轉(zhuǎn)換的過程，邊中跨同時(shí)合龍時(shí)，T構(gòu)主梁直接從靜定結(jié)構(gòu)到成橋狀態(tài)，截面內(nèi)力重分布未完全完成，合龍段自重引起的結(jié)構(gòu)變形無法“釋放”，而邊中跨依次合龍時(shí)，合龍段對(duì)結(jié)構(gòu)的影響為依次疊加的過程，在該過程中有部分彎曲應(yīng)變能量以變形的形式釋放，從而導(dǎo)致成橋狀態(tài)下依次合龍的彎矩較同時(shí)合龍的?。粚?duì)于10 a收縮徐變工況，由于橋梁運(yùn)營時(shí)間較長，同時(shí)合龍累積的彎曲應(yīng)變能通過橋墩變形或橋臺(tái)處自由伸長釋放，在外荷載不變的情況下，兩者結(jié)果相差不大。

4 結(jié)論

以某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象，建立該橋有限元模型，對(duì)比分析邊中跨依次合龍和同時(shí)合龍2種合龍順序?qū)χ髁撼蓸蚬r和10 a收縮徐變主梁應(yīng)力、線形和墩頂截面彎矩的影響，可得到以下結(jié)論：

1) 2種合龍順序?qū)χ髁撼蓸蚣?0 a收縮徐變工況主梁應(yīng)力影響有限，主梁上、下緣應(yīng)力差均較小，在實(shí)際工程中可忽略不計(jì)。

2) 2種合龍順序?qū)χ髁壕€形影響較大，邊中跨同時(shí)合龍時(shí)主梁在成橋及10 a收縮徐變工況下最大豎向變形分別增大67.8%和57.6%，如改變?cè)O(shè)計(jì)合龍施工方案時(shí)，應(yīng)在懸澆施工過程中調(diào)整箱梁預(yù)拱度值和相應(yīng)的立模標(biāo)高，保證線形的平穩(wěn)流暢。

3) 2種合龍順序?qū)蚨斩枕斀孛鎻澗赜幸欢ㄓ绊?，成橋工況下邊中跨同時(shí)合龍時(shí)墩頂截面彎矩比依次合龍時(shí)的大23%～27%，10 a收縮徐變工況兩者差距不大。