■趙 娜

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)南京設(shè)計(jì)院，南京 210000）

隨著基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)的日趨發(fā)達(dá)，經(jīng)常出現(xiàn)新修線路需要跨越既有道路的情況，此時(shí)只能采用下穿或者上跨的結(jié)構(gòu)形式。 如果既有道路寬度較寬，結(jié)構(gòu)形式就要考慮截面為變高度的懸臂澆筑結(jié)構(gòu)[1-2]。有時(shí)由于特殊原因?qū)е逻吙鐭o法和中跨一起采用對(duì)稱的懸臂澆筑，就要采用邊跨為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、中跨為懸澆的單懸臂澆筑的施工方式。

本研究以實(shí)際的項(xiàng)目為背景，分析了采用單懸臂施工的結(jié)構(gòu)在成橋后的受力情況，以及在施工到第幾階段時(shí)拆除邊跨現(xiàn)澆梁滿堂支架，即支架的拆除階段對(duì)結(jié)構(gòu)施工階段應(yīng)力的影響，分析結(jié)果可為類似項(xiàng)目提供重要參考。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于常州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，為既有長(zhǎng)虹東路（G312）改擴(kuò)建工程。 既有長(zhǎng)虹東路為雙向四車道，規(guī)劃為雙向八車道，拓寬至42 m。長(zhǎng)虹東路自西向東依次與在建南沿江城際鐵路、S38 常合高速公路交叉。 本項(xiàng)目F 匝道橋梁跨越既有常合高速公路（規(guī)劃寬度為42 m），斜交角度為37°。

1.1 結(jié)構(gòu)形式

本項(xiàng)目橋梁跨越既有道路寬度42 m，斜交角度37°。 橋梁上部結(jié)構(gòu)形式采用（42.7+83+40.3）m 連續(xù)剛構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為2.6～5.6 m，高度變化方式采用圓曲線。 其中起點(diǎn)側(cè)邊跨為變寬度的單箱室斷面，截面寬度13.72～10.5 m；終點(diǎn)側(cè)邊跨為等寬度的雙箱室結(jié)構(gòu)，截面寬度12.64 m，中跨斷面為等寬度的單箱室結(jié)構(gòu)，截面寬度10.5 m，橋位圖及橋型布置圖見圖1 和圖2。

圖1 橋位平面布置圖

圖2 橋型布置圖

1.2 主要材料

（1）預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)：預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860 MPa，彈性模量Ep=195 000 MPa,公稱直徑15.2 mm，公稱面積140 mm2。 縱向鋼束控制張拉應(yīng)力σcon=0.75 fpk=1 395 MPa。 （2）普通鋼筋：HRB400 鋼筋。 （3）混凝土:主梁采用C50 混凝土，主墩采用C35 混凝土，承臺(tái)、樁基采用C30 混凝土。

1.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期及設(shè)計(jì)使用年限：100 年；（2）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1；（3）設(shè)計(jì)時(shí)速：匝道：40～60 km/h；（4）橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-I 級(jí)；活載提高30%；（5）地震動(dòng)參數(shù)：地震動(dòng)峰值加速度0.1 g，地震基本烈度7 度，特征周期0.45 s。

模擬施工時(shí)， 全橋共分為33 個(gè)施工階段。 其中， 兩側(cè)邊跨及0# 塊采用支架現(xiàn)澆的方式最先施工，中跨共分為8 個(gè)施工節(jié)段采用懸臂澆筑的方式依次施工，最后進(jìn)行中跨段的施工。 下部結(jié)構(gòu)僅中跨兩個(gè)剛構(gòu)墩按實(shí)際下部尺寸模擬，邊跨兩個(gè)過渡墩按支座模擬。 其中第1 個(gè)剛構(gòu)墩采用等寬板式墩，墩高18.0 m；第2 個(gè)剛構(gòu)墩采用變寬板式墩，墩高20.0 m， 墩底設(shè)置10 m 高平直段， 倒圓半徑10 m；兩橋墩均為啞鈴形截面。 基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)，均為7 根樁徑150 cm 的鉆孔灌注樁， 設(shè)計(jì)采用摩擦樁。 橋孔布置及施工節(jié)段劃分見圖3 和圖4。

圖3 橋梁平面布置圖

圖4 橋梁立面布置圖

1.4 規(guī)范限值

1.4.1 施工階段應(yīng)力限值

根據(jù)JTG 3362－2018 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]7.2.8 條，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）壓應(yīng)力： σtcc≤0.70 fck′；

（2）拉應(yīng)力：對(duì)于受拉的混凝土，由于混凝土抗拉強(qiáng)度離散型較大，若施工階段拉應(yīng)力過大，會(huì)造成截面不可預(yù)計(jì)的開裂，因此抗拉強(qiáng)度限值本文取規(guī)范的低值，即σtcc≤0.70 fck′。

本研究混凝土強(qiáng)度為C50，施工階段混凝土強(qiáng)度取0.9 倍的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值， 故施工階段壓應(yīng)力限值σtcc≤0.7×0.9×32.4=20.4 MPa，拉應(yīng)力限值σtcc≤0.7×0.9×2.65=1.67 MPa。

1.4.2 其他限值

結(jié)構(gòu)持久狀況承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)限值和持久狀況應(yīng)力限值按JTG 3362－2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]執(zhí)行。

2 有限元建模

2.1 施工階段模擬

施工階段模擬時(shí)， 先施工下部結(jié)構(gòu)， 然后澆筑左、右邊跨及0#塊混凝土，施工天數(shù)為20 d。 再張拉邊跨及0#塊預(yù)應(yīng)力，張拉完成后安裝掛籃進(jìn)行中跨懸澆施工。中跨每個(gè)節(jié)段澆筑期按10 d 計(jì)，每個(gè)節(jié)段澆筑完成后張拉相應(yīng)節(jié)段預(yù)應(yīng)力及掛籃前移， 最終進(jìn)行中跨合攏，全橋施工完成。 在施工階段模擬中，邊跨現(xiàn)澆滿堂支架的拆除時(shí)機(jī)是不同的， 根據(jù)不同的拆除時(shí)機(jī)，對(duì)比分析采用不同的施工工況（表1）。

表1 全橋?qū)Ρ裙r匯總

2.2 有限元模型建立

本研究采用有限元軟件MidasCivil 進(jìn)行建模與計(jì)算分析，共建立10 個(gè)對(duì)比模型，分別對(duì)應(yīng)表1 中不同工況。 每個(gè)模型共有單元153 個(gè)，節(jié)點(diǎn)270 個(gè)。全橋結(jié)構(gòu)模型見圖5。

圖5 全橋結(jié)構(gòu)有限元模型

3 有限元計(jì)算結(jié)果

不同的施工工況不會(huì)影響持久狀況承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)和持久狀況應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。 驗(yàn)算表明，成橋階段各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果滿足規(guī)范要求，采用合理的施工工況，施工階段應(yīng)力也滿足規(guī)范要求，因此本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

3.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果

由圖6～7 可見，持久狀況承載能力極限狀態(tài)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

圖6 持久狀況正截面抗彎驗(yàn)算包絡(luò)圖

圖7 持久狀況斜截面抗剪驗(yàn)算包絡(luò)圖

3.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算結(jié)果

正常使用極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算結(jié)果如表2 所示（正值代表拉應(yīng)力，負(fù)值代表壓應(yīng)力）。

表2 抗裂驗(yàn)算結(jié)果

由表2 可見，持久狀況正常使用極限狀態(tài)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.3 持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算

持久狀況下，結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果如表3 所示（正值代表拉應(yīng)力，負(fù)值代表壓應(yīng)力）。

表3 壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

由表3 可見，持久狀況應(yīng)力結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.4 邊跨支架不同的拆除時(shí)機(jī)對(duì)施工階段最值應(yīng)力的影響

表1 中不同的施工工況下，橋梁截面上、下緣施工階段的最值應(yīng)力，匯總結(jié)果見表4（正值代表拉應(yīng)力，負(fù)值代表壓應(yīng)力）。

表4 施工階段結(jié)構(gòu)上、下緣最大拉應(yīng)力及最大壓應(yīng)力匯總（單位：MPa）

應(yīng)力結(jié)果見圖8 和圖9，本研究涉及的模型較多，無法一一列舉，先列出0# 塊張拉完成后及中跨合龍后拆除邊跨現(xiàn)澆支架截面下緣拉應(yīng)力結(jié)果。

圖8 0# 塊張拉預(yù)應(yīng)力后拆除邊跨支架截面下緣拉應(yīng)力結(jié)果

圖9 中跨合龍后拆除邊跨支架截面下緣拉應(yīng)力結(jié)果

從表4 可知，邊跨支架的拆除時(shí)機(jī)不同，截面壓應(yīng)力全部滿足施工階段的應(yīng)力要求，且不同的工況對(duì)結(jié)構(gòu)施工階段最大壓應(yīng)力的影響不大。 但是拆除時(shí)機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)施工階段最大拉應(yīng)力的影響很大，尤其的下緣的拉應(yīng)力。 如在0#、1#、2# 塊張拉完預(yù)應(yīng)力就拆除邊跨支架，將導(dǎo)致施工階段截面下緣的拉應(yīng)力超出限值。 因此，本橋的邊跨支架拆除時(shí)機(jī)不應(yīng)早于3#塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后。

3.5 邊跨支架不同的拆除時(shí)機(jī)對(duì)全橋各施工階段應(yīng)力的影響

對(duì)于某一指定的工況，全橋各個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)下緣最大拉應(yīng)力及最大壓應(yīng)力的變化情況，并對(duì)所有的工況進(jìn)行了匯總。 由于4# 塊張拉完成后拆除邊跨支架后，全橋的施工階段應(yīng)力滿足要求且相對(duì)較小。 因此只匯總邊跨支架拆除時(shí)機(jī)不早于4# 塊張拉完成后的結(jié)果，見圖10 和圖11。

圖10 各施工階段結(jié)構(gòu)下緣最大拉應(yīng)力匯總

圖11 各施工階段結(jié)構(gòu)下緣最大壓應(yīng)力匯總

通過計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可知，4# 塊張拉后及其以后拆除邊跨支架， 對(duì)于同一工況的不同施工階段， 截面下緣的最大拉應(yīng)力均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)；截面下緣的最大壓應(yīng)力均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且壓應(yīng)力在拆除吊架時(shí)達(dá)到最大。 對(duì)于某一特定的節(jié)段，下緣拉應(yīng)力最值均出現(xiàn)在本節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉完成后拆除邊跨現(xiàn)澆支架，下緣壓應(yīng)力最值均出現(xiàn)在最后的施工階段，說明上緣預(yù)應(yīng)力對(duì)本節(jié)段的截面下緣拉應(yīng)力影響顯著。

對(duì)于不同的工況，邊跨支架拆除的越晚，越會(huì)延緩全橋最大拉應(yīng)力的出現(xiàn)階段，但最大拉應(yīng)力的數(shù)值會(huì)略微增大。

4 結(jié)論

成橋狀況下，結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 （1）對(duì)于本研究中的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力及最大壓應(yīng)力均出現(xiàn)在截面下緣。 邊跨支架的拆除時(shí)機(jī)不應(yīng)早于3# 塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后，且在4#、5#、6# 塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后拆除邊跨支架為最優(yōu)，此時(shí)施工階段下緣最大拉應(yīng)力最小。（2）在邊跨支架拆除時(shí)機(jī)不變的情況下，截面下緣拉應(yīng)力呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)， 壓應(yīng)力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，拉應(yīng)力及壓應(yīng)力需關(guān)注不同的施工階段。 （3）對(duì)于某一特定的節(jié)段， 下緣拉應(yīng)力最值均出現(xiàn)在本節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉完成后拆除邊跨支架，施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體采用的工況， 關(guān)注不同階段截面的應(yīng)力情況。