高墩大跨连续刚构桥合龙顶推力研究

武鑫哲 王冠男 王金周

摘要：高墩大跨连续刚构桥的收缩徐变会使梁体产生竖向挠度和水平位移以及附加内力，造成主墩的偏位，同时对主墩受力产生不利影响。因此在合龙段梁端间施加水平推力使墩顶预偏，以抵消墩顶以后将要发生的纵向水平位移。本文通过对某大桥的建模计算，合理的确定合龙顶推力。

关键词：连续刚构；合龙顶推；墩顶纵向位移

1 连续刚构合龙顶推概述

随着连续刚构桥的不断推广与使用，施工监控过程中很多问题随之产生。当全桥合龙后，结构从静定结构变为超静定结构，由于混凝土收缩、徐变和张拉钢绞线等因素的影响，墩顶将发生纵向水平位移，因而可能产生不利的结构次应力。为了减小甚至避免附加应力的影响，在跨中合龙时，在合龙段钢筋和合龙支架与模板锁定前在合龙段梁端间施加水平推力使墩顶预偏，以抵消墩顶以后将要发生的纵向水平位移。

而施加的顶推力的大小如果控制不当，在很大程度上会影响到桥梁结构整体的受力情况，会使桥墩纵向偏移，严重时会产生裂缝，同时对整个梁体都会产生不好的影响，甚至会造成大桥的安全性与耐久性降低，影响国家和人民的生命和财产安全。因此，对顶推力的研究有着重要的意义。

2 工程实例

某大桥起点桩号K56+415.55，終点桩号K57+232.66，跨径组合为50+（61+4×110+61）+5×40m，主桥桥面平均高度约58m，最大墩高约70.5m，桥长817.11m。

主桥采用（61+4×110+61）m预应力混凝土连续刚构，主梁采用单箱单室箱形截面，箱梁悬臂长度3.8m，顶板宽度15.5m，底板宽度7.9m，支点截面梁高为7.2m，跨中截面梁高为2.8m，主桥上部结构采用挂篮悬臂现浇法施工，主墩采用空心薄壁墩，墩厚4.0m，宽7.9m，翻模或爬模施工，钻孔灌注桩群桩基础。起点侧引桥采用50m预应力混凝土现浇箱梁，支架现浇施工；终点侧引桥40m装配式预应力混凝土箱梁均采用先简支后连续结构体系，下部结构主要采用薄壁空心墩，钻孔灌注桩基础。桥台为桩柱式桥台，钻孔灌注桩基础。

第二联主桥上部结构采用六跨预应力混凝土变截面连续刚构体系，箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系。箱梁顶板宽15.5m，底板宽7.9m，翼缘板悬臂长3.8m，箱梁根部梁高7.2m，跨中梁高2.8m，箱梁高度按1.8次抛物线变化。箱梁顶板设2%单向横坡，底板横桥向为水平。除0、1#块外箱梁分为13对梁段，纵向分段长度为4×3m+4×3.5m+5×4.5m，边跨现浇段长度为4.43m，边跨、中跨合龙段长度均为2.5m。

纵向预应力采用16、17、19、22Фs15.2钢束，群锚锚固体系，设计张拉吨位分别为312.48t、332.01t、371.07t、429.66t。纵向预应力在箱梁根部9个梁段布设腹板下弯钢束，其余梁段布设顶板束和底板束。

3 合龙顶推计算

采用桥梁通用计算程序MIDAS/Civil 2010程序对改大桥施工工序进行模拟，并进行顶推计算。

（1）建模过程

用有限元法将全桥划分为267个节点，253个单元。其中，主梁材料为C50混凝土，桥墩为C50混凝土。墩底全约束，墩顶与零号块采用刚性连接，桥头支座采用弹簧单元模拟。整个成桥过程分为25个施工阶段，其中每个悬臂梁段的施工为一个阶段，该阶段划分成三个子阶段：a）立模阶段，即挂篮前移阶段。b）浇筑混凝土阶段。c）张拉预应力钢筋。

施工顺序。各墩“T”构上部同时施工，合龙顺序先边跨后次边跨最后中跨。

（2）顶推力大小对墩顶纵向位移的影响

该大桥单跨110m，墩高平均为68m，第二联六跨中间三个桥墩从左向右数，分别记为A墩、B墩、C墩。计算采用以下五种工况：

工况一：中跨合龙顶推前

工况二：中跨合龙顶推后

工况三：二期恒载施加前

工况四：二期恒载施加后30天

工况五：二期恒载施加后10年

中跨合龙时顶推力采用350吨时。分别计算以上五个工况A、B、C三个桥墩墩顶的纵向位移变化，计算结果见表3.1：

表3.1 A、B、C墩各工况下纵向位移

工况 A墩位移（mm） B墩位移（mm） C墩位移（mm）

一 2.209 0 -1.770

二 -25.616 -0.074 25.377

三 -21.029 0.059 21.040

四 -19.852 0.511 20.099

五 -0.212 4.417 -0.042

与顶推前的初始状态相比，A、B、C三个桥墩的墩顶纵向位移的变化见表3.2：

表3.2 A、B、C墩各工况下纵向位移变化表

工况 A墩纵向相对偏移（mm） B墩纵向相对偏移（mm） C墩纵向相对偏移（mm）

一 2.209 0 -1.770

二 -27.797 -0.074 27.163

三 -23.236 0.059 22.808

四 -22.051 0.511 21.866

五 -2.491 4.417 1.728

由表3.1、表3.2可知：

（1）A墩墩顶初始位置为向右偏移，跨中合龙时，A墩上部结构由于受到向左的顶推力的作用，故A墩墩顶向左发生偏移。二期恒载施加前，A墩上部结构之前受到向左的顶推力的作用已经被结构的收缩徐变部分抵消，故A墩墩顶依然向左发生偏移。随着时间的增长，经过10年的收缩徐变，A墩墩顶向左的偏移量为2.491mm，结构基本达到最佳受力状态。

（2）B墩墩顶初始位置为零，且B墩上部结构由于分别受到一左一右两个方向的顶推力的作用，而且随着时间的增长B墩及其上部结构受到对称的收缩徐变作用，故10年后B墩墩顶偏移量很小，可以忽略不计。

（3）C 墩的纵向位移与变化幅度与A墩对称。

（4）且当跨径110米，平均墩高68m，中跨合拢顶推力为350吨时，墩身由于受到收缩徐变而产生的次内力对结构的影响很小，但是顶推力为350吨并不是最佳方案，因为A墩有2.491mm的向左偏移，而C墩有1.728mm的向右偏移。而当顶推力的大小为342吨时，A、C墩墩顶纵向位移几乎为零，为最优方案。

4 结论

由于施工过程中的预应力的张拉以及桥梁结构在全过程中的收缩徐变作用，连续刚构桥在施工监控过程中需要对跨中合龙段施加顶推力，在顶推力的作用下，各墩墩顶出现一定的纵向偏移，在后期的收缩徐变的作用下，各墩墩顶由于顶推力而产生的纵向位移逐渐被抵消掉。

在连续刚构桥的施工过程中，跨中合龙时顶推力的施加是必不可少的，而且要根据桥梁自身的特点合理选择，才能使桥梁变形更小。

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