混凝土连续刚构不同合龙顺序仿真分析

董党锋

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

1 工程概况

李家坝汉江大桥是安康—汉中高速公路上的一座大型桥梁。桥梁全长512.54 m，主桥上部结构为78 m+140 m+78 m的三跨预应力混凝土连续刚构桥，主梁为单箱单室箱形梁，各单“T”箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工。

2 悬臂施工过程分析

2.1 有限元计算模型

分别采用桥梁博士和Midas两种桥梁结构分析程序对李家坝汉江大桥施工过程进行仿真分析。两种程序的计算结果差异很小，这里列出桥梁博士计算结果。有限元分析结构离散图如图1所示。主梁划分为92个单元，墩划分为28个单元。

图1 有限元计算模型

2.2 合龙顺序

1)该桥合龙段按照先边跨后中跨的合龙顺序(合龙顺序Ⅰ)进行施工，边跨现浇段长6.89 m，利用满堂支架或其他可靠方法施工。边跨其他梁段和中跨则是使用挂篮前移进行合龙。

2)为研究不同合龙顺序对成桥状态的影响，模拟另外一种合龙顺序，即边跨和中跨同时合龙(合龙顺序Ⅱ)，并进行对比分析。

为了达到计算的可比性，两种方案采用相同的合龙段吊架施工方式，边跨现浇方式和合龙温度、合龙配重等荷载条件，且不考虑合龙顶推工艺。

3 两种合龙顺序主梁竖向位移和应力的比较

3.1 成桥阶段主梁竖向位移比较

在成桥阶段(如图2a)所示)，合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移为50.5 mm，合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移为60.6 mm，发生在跨中位置。合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移为－14.1 mm，合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移为－9.5 mm，发生在5号墩左侧。合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移小10.1 mm;合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移大4.6 mm。

3.2 三年收缩徐变主梁竖向位移比较

在三年收缩徐变阶段(如图2b)所示)，合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移为42 mm，合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移为51.5 mm，发生在跨中位置。合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移为－22.3 mm，合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移为－18.1 mm，发生在5号墩左侧。合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移小9.5 mm;合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移大4.2 mm。

3.3 十年收缩徐变主梁竖向位移比较

在十年收缩徐变阶段(如图2c)所示)，合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移为34.8 mm，合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移为44.9 mm，发生在跨中位置。合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移为－28.4 mm，合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移为－23.7 mm，发生在5号墩左侧。合龙顺序Ⅰ的最大竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最大竖向位移小10.1 mm;合龙顺序Ⅰ的最小竖向位移值比合龙顺序Ⅱ的最小竖向位移大4.7 mm。

图2 两种合龙顺序主梁竖向位移比较

3.4 成桥阶段主梁应力比较

由图3可以看出，成桥阶段主梁上缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为14.5 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为14.7 MPa，合龙顺序Ⅱ的应力比合龙顺序Ⅰ小1.4%，即0.2 MPa;主梁下缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为14.9 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为12.4 MPa，梁下缘的最小应力均为3.62 MPa。由上述分析可知，在成桥阶段不同的合龙顺序对主梁应力基本没有影响。

图3 成桥阶段主梁应力比较

3.5 三年收缩徐变阶段主梁应力比较

由图4可以看出，三年收缩徐变阶段主梁上缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为13.35 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为13.5 MPa，合龙顺序Ⅱ的应力比合龙顺序Ⅰ大0.15 MPa;主梁下缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为11.9 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为11.6 MPa，梁下缘的最小应力为 3.63 MPa。

图4 三年收缩徐变阶段主梁应力比较

3.6 十年收缩徐变阶段主梁应力比较

由图5可以看出，十年收缩徐变阶段主梁上缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为13.1 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为13.14 MPa，合龙顺序Ⅱ的应力比合龙顺序Ⅰ小0.04 MPa;主梁下缘合龙顺序Ⅰ下的最大应力为11.4 MPa，合龙顺序Ⅱ下的最大应力为12.1 MPa，梁下缘合龙顺序Ⅰ下的最小应力为3.51 MPa，梁下缘合龙顺序Ⅱ下的最小应力为3.52 MPa。

4 两种合龙顺序主墩墩顶位移及合龙时水平推力的比较

按照施工工序模拟施工过程建立有限元计算模型(见图1)，收缩徐变时间分别取三年(1 100 d)和十年(3 650 d)，计算出在不施加水平顶推力的合龙情况下收缩徐变等引起的墩顶水平位移，然后根据水平位移计算墩在不同合龙顺序下的水平推力。因为主梁零号块的刚度比墩的刚度大得多，零号块的刚度可看作无穷大，则双薄壁墩超静定结构可简化为单薄壁墩静定结构(见图6)，因此，得到水平顶推力:

其中，EI为墩的抗弯刚度;Δl为墩顶水平位移;L为墩高。

按照上述方法计算出两种合龙顺序主墩墩顶的水平位移及合龙时水平推力如表1和表2所示。

图5 十年收缩徐变阶段主梁应力比较

图6 墩的简化模型

表1 三年收缩徐变两种合龙顺序主墩墩顶水平位移和水平推力分析

表2 十年收缩徐变两种合龙顺序主墩墩顶水平位移和水平推力分析

由表1和表2可知，合龙顺序Ⅰ的墩顶水平位移比合龙顺序Ⅱ稍大，相差约20%。

5 结语

1)两种不同的合龙顺序下在成桥阶段(考虑收缩徐变)主梁的挠度及应力计算结果可知，恒载作用下合龙顺序对主梁受力影响不明显，应力基本相同，竖向位移有一定的影响，但无实质性影响。合龙顺序Ⅱ相对合龙顺序Ⅰ而言，主梁的挠度变化要均匀些，但两者无显著差异。

2)同时合龙顺序(Ⅱ)主墩水平位移比先边跨后中跨合龙顺序(Ⅰ)主墩水平位移稍大，继而得到合龙顺序Ⅱ所需水平推力比合龙顺序Ⅰ稍大。

3)从主梁的应力和挠度的比较可知，同时合龙方案是可行的。

[1] 陈 列，徐公望.高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择[J].桥梁建设，2005(1):33-35.

[2] 王中南.官洋溪特大桥边跨合龙方案研究[J].桥梁建设，2006(S1):17-19.

[3] 胡清和.多跨连续刚构桥构造分析及合龙技术研究[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文，2009.

[4] 周 鑫，张雪松，向中富.悬臂施工连续梁桥合龙方案的讨论[J].公路交通技术，2006(4):86-87.