段傳武,吉 明

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550000 ）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋也稱(chēng)墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，為超靜定結(jié)構(gòu)體系。采用節(jié)段預(yù)制拼裝方式施工的連續(xù)剛構(gòu)橋，多應(yīng)用于城市高架橋中，此類(lèi)橋型體系無(wú)支座，后期維修養(yǎng)護(hù)成本較低，橋梁的橋面連續(xù)性及行車(chē)舒適性均較好，是一種值得研究和重視的橋梁型式[1-3]。預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)橋在成橋以后全橋的橋墩均與主梁形成固結(jié)，在施工過(guò)程中存在多次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，內(nèi)力變化較為復(fù)雜。

1 工程概況

某橋梁工程項(xiàng)目為節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋跨徑為四跨一聯(lián)（38+40+40+38）m，橋型布置圖如圖1所示（為方便該文敘述，將下部橋墩依次命名為1號(hào)墩、2號(hào)墩、3號(hào)墩、4號(hào)墩、5號(hào)墩）。該橋的總體施工工序?yàn)榛A(chǔ)和橋墩施工—澆筑中墩和次中墩墩頂0號(hào)塊—架橋機(jī)吊裝預(yù)制節(jié)塊—張拉預(yù)制節(jié)塊簡(jiǎn)支束—澆筑濕接縫后張拉墩頂負(fù)彎矩束和底板通長(zhǎng)束—澆筑1號(hào)、5號(hào)邊墩墩頂后澆固結(jié)帶，并張拉邊墩豎向預(yù)應(yīng)力—橋面鋪裝—成橋運(yùn)營(yíng)。

圖1 該橋橋型布置圖

2 施工工藝流程

該橋節(jié)段梁實(shí)行梁場(chǎng)工業(yè)化集中預(yù)制，然后根據(jù)吊掛的排列順序用載重汽車(chē)運(yùn)送到橋下，利用移動(dòng)支架架橋機(jī)提升、吊掛，全部節(jié)段梁吊掛完之后進(jìn)行拼接，在相鄰兩個(gè)拼接節(jié)段的匹配面滿(mǎn)涂膠結(jié)材料，并利用架橋機(jī)進(jìn)行匹配面對(duì)接，再穿臨時(shí)簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力鋼束并施加預(yù)應(yīng)力，架橋機(jī)輔助調(diào)整定位，拼接節(jié)段吊掛從提升機(jī)轉(zhuǎn)移到固定吊桿，繼續(xù)下一節(jié)段梁的拼接，如此循環(huán)，直至全跨完成[4-5]。該橋施工工藝流程如圖2所示。由上圖能看出拆除中墩臨時(shí)支架與張拉邊墩豎向鋼索間可以有一定的時(shí)間間隔，該文利用邁達(dá)斯有限元軟件建立模型，分別計(jì)算中墩臨時(shí)支架拆除后7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d進(jìn)行兩個(gè)邊墩的豎向鋼索的張拉對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形的影響。該橋有限元模型中的混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絞線等材料的基本力學(xué)性能及參數(shù)均按實(shí)際工程及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。

圖2 該橋施工工藝流程

3 橋墩內(nèi)力與變形結(jié)果分析

利用邁達(dá)斯有限元軟件建立不同時(shí)間參數(shù)的全橋模型，即中墩臨時(shí)支架拆除后間隔時(shí)間分別為7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d以后再進(jìn)行兩個(gè)邊墩的固結(jié)。計(jì)算得到恒載作用下不同邊墩合龍時(shí)間的墩頂位移、墩頂彎矩、墩頂剪力如圖3~5所示。

圖3 不同邊墩合龍時(shí)間的墩頂位移

圖4 不同邊墩合龍時(shí)間的墩頂彎矩

圖5 不同邊墩合龍時(shí)間的墩頂剪力

由圖3~5數(shù)據(jù)分析可知：

（1）不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)1號(hào)邊墩的墩頂位移影響較大。7 d后合龍的1號(hào)邊墩墩頂位移為24.8 mm，365 d后合龍的1號(hào)邊墩墩頂位移為13.6 mm，365 d后合龍和7 d后相比較邊墩墩頂位移減小了11.2 mm，減小幅度為45.2%。這說(shuō)明邊墩合龍時(shí)間越晚，邊墩的變形越小。

（2）不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)1號(hào)邊墩的內(nèi)力影響也較大。7 d后合龍的1號(hào)邊墩墩頂彎矩為3 194.7 kN·m，墩頂剪力為534.8 kN，而730 d后合龍的1號(hào)邊墩墩頂彎矩為1 384.9 kN·m，墩頂剪力為246.5 kN，365 d后合龍和7 d后合龍相比較墩頂彎矩減小了1 809.8 kN·m，減小幅度為56.7%，墩頂剪力減小了288.3 kN，減小幅度為53.9%。這說(shuō)明邊墩合龍時(shí)間越晚，邊墩的內(nèi)力越小。

（3）對(duì)于2號(hào)次邊墩墩頂位移，7 d后合龍的2號(hào)次邊墩墩頂位移為16.1 mm，365 d后合龍的2號(hào)邊墩墩頂位移仍為16.1 mm，沒(méi)有發(fā)生變化。對(duì)于2號(hào)次邊墩墩頂彎矩和墩頂剪力，7 d后合龍的2號(hào)邊墩墩頂彎矩為7 283.4 kN·m，墩頂剪力為1 340.4 kN，而365 d后合龍的2號(hào)邊墩墩頂彎矩為6 961.2 kN·m，墩頂剪力為1 300.7 kN，365 d后合龍和7 d后合龍相比較墩頂彎矩減小了322.2 kN·m，減小幅度為4.4%，墩頂剪力減小了39.7 kN，減小幅度為3.0%。這說(shuō)明不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)2號(hào)次邊墩的內(nèi)力有一定的影響，但影響程度非常小。

（4）綜上，不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)邊墩的受力和變形影響較大，而對(duì)中墩、次邊墩的影響很小，邊墩合龍時(shí)間越晚，邊墩的內(nèi)力和變形越小。這是因?yàn)檫叾蘸淆垥r(shí)間越晚，意味著邊墩越晚進(jìn)入剛構(gòu)體系受力，主梁的收縮徐變完成得越充分，則邊墩合龍以后主梁發(fā)生的收縮徐變?cè)缴?，故邊墩承受的?nèi)力和變形越小[6]。因此，從橋墩墩身內(nèi)力與變形來(lái)看，延遲邊墩的合龍時(shí)間對(duì)橋墩的受力和變形有利。

4 主梁應(yīng)力與變形結(jié)果分析

4.1 主梁應(yīng)力

利用邁達(dá)斯有限元軟件建立不同時(shí)間參數(shù)的全橋模型，即中墩臨時(shí)支架拆除后間隔時(shí)間分別為7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、180 d、365 d以后再進(jìn)行兩個(gè)邊墩的固結(jié)。計(jì)算得到恒載作用下主梁1號(hào)墩墩頂截面、第一跨跨中、2號(hào)墩墩頂截面、第二跨跨中、3號(hào)墩墩頂截面、第三跨跨中、4號(hào)墩墩頂截面、第四跨跨中、5號(hào)墩墩頂截面的上、下緣壓應(yīng)力值如表1~2所示。

表1 各主梁主要截面上緣應(yīng)力 /MPa

表2 各主梁主要截面下緣應(yīng)力 /MPa

由表1~2數(shù)據(jù)可以看出：

在收縮徐變作用下，365 d后合龍和7 d后相比，1號(hào)邊墩墩頂主梁截面的上緣壓應(yīng)力有所減小，減小約0.214 MPa；1號(hào)邊墩墩頂主梁截面的下緣壓應(yīng)力有所增加，增加約0.375 MPa；而其他主要截面的應(yīng)力變化值均不超過(guò)0.1 MPa，變化幅度更小。這說(shuō)明不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)主梁各主要截面的上、下緣應(yīng)力有一定的影響，但影響程度很小。

4.2 主梁變形

利用邁達(dá)斯有限元軟件建立不同時(shí)間參數(shù)的全橋模型。不同邊墩合龍時(shí)間的跨中撓度計(jì)算結(jié)果如表3，主梁成橋線形如圖6。撓度以向上為正、向下為負(fù)。1號(hào)墩墩頂梁段節(jié)點(diǎn)號(hào)為1、2、3，第一跨跨中節(jié)點(diǎn)號(hào)為11，2號(hào)墩墩頂梁段節(jié)點(diǎn)號(hào)為21、22、23，第二跨跨中節(jié)點(diǎn)號(hào)為33，3號(hào)墩墩頂梁段節(jié)點(diǎn)號(hào)為43、44、45，第三跨跨中節(jié)點(diǎn)號(hào)為55，4號(hào)墩墩頂梁段節(jié)點(diǎn)號(hào)為65、66、67，第四跨跨中節(jié)點(diǎn)號(hào)為77，5號(hào)墩墩頂梁段節(jié)點(diǎn)號(hào)為85、86、87。

表3 不同邊墩合龍時(shí)間的跨中撓度 /mm

圖6 不同邊墩合龍時(shí)間的跨中撓度

由圖6、表3可知：

（1）不同邊墩合龍時(shí)間對(duì)兩個(gè)邊跨跨中撓度有一定的影響。7 d后合龍的邊跨跨中撓度為12.9 mm，365 d后合龍的邊跨跨中撓度為16.1 mm，365 d后合龍和7 d后相比較邊跨跨中撓度增加了3.2 mm。這說(shuō)明隨著邊墩合龍時(shí)間的推遲，邊跨的跨中撓度有一定程度的增大。

（2）對(duì)于中跨跨中撓度，7 d后合龍的中跨跨中撓度為6.9 mm，365 d后合龍的中跨跨中撓度為7.5 mm，365 d后合龍和7 d后相比較中跨跨中撓度增加了0.6 mm。與邊跨相比，邊墩合龍時(shí)間對(duì)中跨的變形影響更小。

（3）綜上，邊墩合龍時(shí)間越晚，意味著橋梁結(jié)構(gòu)保持為邊墩鉸接中墩剛結(jié)的部分剛構(gòu)體系的時(shí)間越長(zhǎng)。而在部分剛構(gòu)體系狀態(tài)時(shí)，主梁兩端部未進(jìn)行墩梁固結(jié)，主梁受約束的限制較弱，所以主梁的收縮徐變變形較大，即邊墩進(jìn)行合龍的時(shí)間越晚，邊跨、中跨的跨中撓度越大[7-8]。因此，預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩的合龍時(shí)間越晚則主梁的上拱變形越大，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的邊墩合龍時(shí)間正確、合理地設(shè)置預(yù)拱度。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）從橋墩受力變形和合龍時(shí)間來(lái)看，該節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋兩個(gè)邊墩的合龍時(shí)間越晚，邊墩的內(nèi)力和變形越小，而不同的邊墩合龍時(shí)間對(duì)中墩和次中墩的結(jié)構(gòu)受力與變形影響較小，這說(shuō)明邊墩的合龍時(shí)間越晚對(duì)橋墩的受力和變形越有利。從主梁受力和變形來(lái)看，兩個(gè)邊墩的合龍時(shí)間越晚，主梁成橋后跨中撓度有所增大，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的邊墩合龍時(shí)間正確合理地設(shè)置預(yù)拱度。

（2）在實(shí)際施工中應(yīng)把握好兩個(gè)邊墩的合龍時(shí)間，在中墩臨時(shí)支架拆除后選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行邊墩豎向鋼束的張拉，以達(dá)到橋墩內(nèi)力和變形均較小的目的。綜上，在保證施工工期的前提下，從橋墩受力和變形方面考慮，建議盡量推遲該節(jié)段拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋兩個(gè)邊墩的合龍時(shí)間。