王沖，于曉光

（1.陜西省交通規(guī)劃設計研究院有限公司，陜西 西安 710065；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運輸科學發(fā)展研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

1 引言

預應力混凝土連續(xù)梁橋已是最常用的橋型，是我國所有橋型中使用最為廣泛的一種。預應力混凝土連續(xù)梁橋的合龍順序?qū)θ珮虻膬?nèi)力分布有較大的影響，選擇合理的合龍順序非常重要。常見的3 跨連續(xù)梁橋合龍順序發(fā)展較為成熟，通常采取先邊跨后中跨的合龍方式。對于多跨預應力混凝土梁合龍方式顯得尤為重要，詳細的合龍方案對比對預應力混凝土多跨連續(xù)梁橋施工控制具有重要意義。

已有學者對多跨預應力混凝土連續(xù)梁橋的合龍方案進行了研究。劉會球[1]通過對比四種施工方案研究了3跨連續(xù)梁橋的合龍方案，確定了先邊跨再中跨的合理合龍方案。徐天良[2]通過對比四種合龍方案對4跨連續(xù)梁橋的影響，確定了先對稱合龍中跨、再對稱合龍邊跨的順序。包儀軍等[3]討論了合龍方案對結(jié)構(gòu)成橋累積位移和內(nèi)力的影響，得到先邊跨、再次邊跨、最后中跨的合龍順序為最優(yōu)的合龍方案。楊陽等[4]對比了3跨預應力混凝土連續(xù)梁橋的合龍方案，確定先邊跨后中跨方案產(chǎn)生的內(nèi)力和線形比較均勻，可以得到最為合理的成橋狀態(tài)。解亞東等[5]建立了4跨預應力剛構(gòu)合龍方案對比，根據(jù)施工方案的變更，從原方案的先邊跨后中跨的常規(guī)合龍方式變更為邊中跨同時合龍的方式。研究結(jié)果表明，多跨連續(xù)剛構(gòu)橋采用邊中跨同時合龍相較于常規(guī)的逐跨合龍，成橋狀態(tài)的主梁最大應力值相差不大，但主梁成橋線形有一定差別，合龍方式變更后需要調(diào)整施工預拱度和合龍頂推力值，但是目前對6跨預應力混凝土連續(xù)梁橋的合龍方案選取研究較少。

因此，本文以某6跨預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋的合龍方案為研究對象，以對稱施工的原則建立了三種合龍方案的有限元模型，并對合龍完成后的主梁上緣應力、下緣應力和豎向位移進行了對比分析。

2 工程概況

2.1 主梁結(jié)構(gòu)

以某6跨預應力混凝土連續(xù)梁橋為例，主橋橋跨全長（27+4×44.8+27）m，橋梁全寬25.5m，兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.7m，如圖1所示。橋梁采用懸臂澆筑法進行施工，首先在橋墩Z1～Z5 進行節(jié)段澆筑，共劃分為7個節(jié)段，對這7個節(jié)段依次進行移動掛籃、模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預應力張拉，形成5個“T”構(gòu)；其次采用對稱施工的方法進行合龍段的澆筑和預應力鋼束的張拉得到成橋狀態(tài)；最后進行二期鋪裝的施工。

圖1 某6跨連續(xù)梁橋主梁結(jié)構(gòu)（m）

2.2 箱梁結(jié)構(gòu)

本橋采用單箱單室變截面箱梁，箱梁頂板寬12.75m，底板寬5.6m～6m。主梁根部位置梁高2.8m，跨中位置梁高1.8m，主梁梁高沿縱向按2.0 次拋物線變化。頂板厚0.28m，底板厚度由跨中0.28m按2.0次拋物線變化到根部的0.48m。腹板厚度在跨中段為0.5m，根部為0.7m。支座和跨中位置截面如圖2和圖3所示。

圖2 支座位置截面(cm)

圖3 跨中位置截面(cm)

2.3 主要材料

主梁采用C50 混凝土，彈性模量為E=34.5GPa，容重為γ=25kN/m3，泊松比為υ=0.2。

縱向預應力筋采用高強松弛鋼絞線[1]，抗拉強度標準值=1860MPa，彈性模量Ep=195GPa，公稱直徑15.2mm，預應力鋼筋與管道的摩擦系數(shù)μ＝0.25，管道每米局部偏差的影響系數(shù)k＝0.0015m-1。

3 合龍方案劃分

懸臂節(jié)段澆筑法是在橋墩兩側(cè)設置工作平臺，首先在橋墩兩側(cè)的工作平臺澆筑0#塊，并對0#塊進行臨時固結(jié)。其次在0#塊上安裝掛籃，通過掛籃進行逐段的澆筑，并張拉預應力鋼束。最后在所有的懸臂段澆筑完成后形成“T”形結(jié)構(gòu)，依次對“T”形結(jié)構(gòu)和邊跨段進行合龍得到最終的成橋狀態(tài)。

懸臂節(jié)段澆筑施工方法具有很大的優(yōu)勢，施工速度快、效率高，對既有線路通行的影響較小，同時也在跨越河流、山溝等特殊的地理條件方面有較大的優(yōu)勢。這種施工方法已經(jīng)成為橋梁施工的主要方法。然而多跨連續(xù)梁橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu)，合龍順序的不同直接影響主梁的內(nèi)力分布。因此合龍順序的選擇是懸臂澆筑法的關(guān)鍵步驟，也是影響主梁內(nèi)力的關(guān)鍵因素。

本文合龍方案選擇對稱施工方法，施工方法與常規(guī)預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋相同，主要分析在邊跨現(xiàn)澆段施工完成后的合龍方案，根據(jù)常見的合龍方案，設置了三種合龍方案[6-9]：

方案1：邊跨→次邊跨→中跨

方案2：中跨→次邊跨→邊跨

方案3：次邊跨→邊跨→中跨

對于合龍方案1，主要有以下步驟[10-12]：①安裝兩個邊跨段吊架和配重；②澆筑邊跨合龍段，同時逐步卸載配重，直至合龍段混凝土澆筑完成；③待混凝土齡期達到7 d，解除支座Z1和Z5的臨時固結(jié)；④張拉邊跨合攏段頂板和底板預應力鋼束。其余方案的合龍順序與方案1類似，故不再論述。

通過Midas Civil建立有限元數(shù)值模型，根據(jù)實際施工情況全橋共劃分116 個節(jié)點，108 個單元，39 個施工階段（其中懸臂澆筑劃分22個施工階段，合龍過程劃分17 個階段）?？v向預應力鋼束共220 根，不考慮橫向和豎向預應力鋼筋的作用。通過對施工階段的組織建立了方案1～方案3三個有限元模型，并進行施工階段計算分析。

4 合龍方案對比

圖4 為有限元數(shù)值模型單元劃分和預應力鋼筋布置正視圖，圖中灰色線條代表預應力鋼絞線。圖5為俯視圖。全橋共設置預應力鋼束220 根，主梁頂板束100根，邊跨底板束16 根，腹板束40 根，中跨底板束48 根，合龍束16根。

圖4 數(shù)值模型及預應力鋼筋正視圖

圖5 數(shù)值模型及預應力鋼筋俯視圖

4.1 應力分析

施工方案選取的不同對成橋的應力狀態(tài)有很大影響，主梁的應力控制是連續(xù)梁橋施工控制的重點對象。在預應力混凝土連續(xù)梁施工過程中，縱向預應力提供混凝土壓應力，以抵消主梁彎曲和活載引起的拉應力。圖6 和圖7 分別為不同合龍方案的各截面合龍完成后的上緣應力和下緣應力分布規(guī)律。表1 和表2分別為主梁控制截面上緣應力和下緣應力。

表2 控制截面主梁下緣應力

圖6 合龍完成后主梁上緣應力分布

圖7 合龍完成后主梁下緣應力分布

表1 控制截面主梁上緣應力（續(xù)表）

由圖6和表1可知，這三種合龍方案在合龍完成后的上緣應力較為接近，在主墩Z1 附近，方案1 和方案2的上緣應力約為-10MPa，方案3 的上緣應力約為-9MPa。在主墩Z1～Z2 的次邊跨跨中位置，方案2 的應力最小，應力為-2.42MPa，而方案1 和方案3 的應力分別為-1.31MPa和0.31MPa。主墩Z2附近的上緣應力同樣是方案2 最小，方案1 和方案3 的應力高于方案2 的應力。主墩Z2～Z3 之間的中跨跨中位置三種方案的應力相差不大。

混凝土的抗壓強度遠高于抗拉強度，在橋梁設計過程中通常通過預應力鋼束提供混凝土主梁壓應力，冗余的壓應力可以承擔車道荷載和防止混凝土開裂。因此方案1和方案2更有優(yōu)勢，內(nèi)力分布更加符合預應力混凝土梁的設計原則。

由圖7和表2可知，三種合龍方案在合龍完成后下緣應力的差距較大?？梢钥闯鲈谥鞫語1 附近，方案3的下緣應力最小，為-3.78MPa，明顯低于方案1和方案2的下緣應力。主墩Z2附近，方案1和方案3的下緣應力約為-3MPa，都低于方案2 的下緣應力。主墩Z3 附近，方案2的下緣應力最低，為-1.4MPa左右，方案1和方案3的應力差距較小，且都高于方案2的下緣應力。

因此，根據(jù)對主梁合龍完成時下緣應力分析，方案1和方案3更加符合主梁應力的設計要求，主梁壓應力冗余度較高。

4.2 位移分析

對跨連續(xù)梁線形也是施工的重點工作之一，保證橋梁線形的平順可以增加行車的平穩(wěn)度和舒適度，同時平順的橋梁線形能減小車輛荷載的沖擊，增強橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命。施工過程中通常采用預拱度來調(diào)整橋梁的線形，三種合龍方案下主梁的豎向位移見圖8和表3。

圖8 合龍完成后主梁豎向位移(mm)

表3 合龍段豎向位移

主梁的豎向位移是施工監(jiān)控的關(guān)鍵，準確的豎向位移才能保證預拱度設置的準確度。由圖8 和表3 可知，三種合龍方案在合龍完成后的豎向位移差別較大，方案3的豎向位移最大，達到了-69.9mm，方案2的豎向位移最為平順，而方案1居于兩者之間。從表3可以看出，方案3 合龍段左側(cè)和右側(cè)的豎向位移差值最大，達到78.1mm，這給主梁的線形控制帶來一定困難。方案1合龍段兩側(cè)的最大豎向位移差值為48.2mm，位于跨中合龍段的兩側(cè)。而方案2的豎向位移差值最小，最大差值僅為1.0mm。

5 結(jié)語

本文以某6 跨預應力連續(xù)梁橋為例，通過Midas Civil建立了有限元模型，根據(jù)實際施工過程，考慮了吊架安裝、配重安裝、混凝土澆筑、預應力鋼束張拉等施工過程。分析了常見的三種合龍方案對主梁上緣應力、下緣應力和豎向位移的影響。對多跨預應力混凝土連續(xù)梁合龍順序的設計有一定的參考意義。主要結(jié)論如下：

①方案1和方案2得到的主梁上緣應力更加合理，混凝土儲備了較大的壓應力。但整體來看，這三種方案對混凝土主梁的上緣應力影響較小。

②方案1 和方案3 得到的主梁下緣應力更加合理。這三種方案的下緣應力差較大，方案2甚至在支座位置處出現(xiàn)了拉應力。

③方案1和方案2得到的主梁豎向位移更加合理。方案3的合龍段兩側(cè)位移差距過大，不利于施工控制。

綜合來看，對于6跨連續(xù)梁橋最優(yōu)的合龍方案為方案1，即先邊跨合龍，再次邊跨合龍，最后中跨合龍。