高墩刚构-连续组合体系梁桥不同合龙次序对成桥后力学性能的影响∗

2016-10-28陈娅玲曾有艺张铭

公路与汽运 2016年1期

关键词：刚构次序梁桥

陈娅玲，曾有艺，张铭

（1.长沙理工大学，湖南　长沙　410004；2.湖南省交通规划勘测设计院，湖南　长沙　410008）

高墩刚构-连续组合体系梁桥不同合龙次序对成桥后力学性能的影响∗

陈娅玲1，曾有艺1，张铭2

（1.长沙理工大学，湖南长沙410004；2.湖南省交通规划勘测设计院，湖南长沙410008）

高墩刚构-连续组合体系梁桥合龙施工阶段的结构内力变化会因合龙次序不同而有所不同，而且由于高墩刚构-连续组合体系梁桥过渡墩一般较高（≥30 m），边跨现浇段一般采用吊架或托架施工，这与传统的落地支架施工现浇段在结构内力变化上也有差异。文中针对高墩刚构-连续组合梁桥的桥型特点，阐述了不同合龙次序下产生次内力的影响因素，比较分析了湖南永州市东路高架桥这一高墩刚构-连续组合梁桥在不同合龙次序下的应力、挠度情况。结果表明，采用不同的合龙次序虽然都是可行的，但应结合桥梁的结构受力特点及现场施工情况确定该类桥型的最佳合龙次序，这样才能在确保桥梁施工质量和安全的前提下提高施工效率。

桥梁；高墩；刚构连续-组合体系梁桥；合龙次序；力学性能

刚构-连续组合体系梁桥和连续梁桥或连续刚构桥一样，是多跨一联的结构体系，具有连续梁桥和连续刚构桥两个体系的特性。山区、重丘区大跨径梁桥在结构跨数过多或墩高差较大的情况下宜选择该体系梁桥，其桥墩都较高，多为高墩刚构-连续组合体系梁桥。

由于高墩刚构-连续组合体系梁桥过渡墩一般较高（≥30 m），边跨现浇段一般采用吊架或托架施工，与传统的落地支架施工现浇段在结构内力变化上有差异。而且在合龙过程中，体系转换、合龙后期的预应力束张拉、温度变化及砼收缩徐变都会引起次内力变化。采用不同的合龙次序，对于桥梁在施工过程及最终成桥以后的力学性能有着不同的影响，为了使成桥后的内力状态更加合理，尽量减小内力重分布的不利影响，应选择最佳合龙次序。

国内对于连续梁桥或连续刚构桥合龙方案的研究较多，而对于采用吊架或托架施工边跨现浇段的高墩刚构-连续组合体系梁桥的合龙方案的研究较少。李学文、张铭等针对采用吊架或托架施工边跨现浇段的刚构-连续组合体系梁桥边跨合龙方案进行了分析，并与传统的支架施工边跨现浇段方案进行了比较。该文主要针对采用吊架或托架施工边跨现浇段的高墩刚构-连续组合体系梁桥的合龙次序进行研究，计算不同合龙次序时主梁受力及变形情况，并进行分析比较，从而选择最优方案进行合龙。

1　高墩刚构-连续组合体系梁边跨的合龙

图1　落地支架施工

边跨合龙施工一般是指边跨现浇段与边跨合龙段（两者并称为边跨直线段）的施工。边跨现浇段施工目前主要有3种方法：落地支架施工（见图1）；利用箱梁悬臂采用吊架施工（见图2）；在边墩上设托架现浇（见图3）。高墩刚构-连续组合体系梁桥由于过渡墩的高度一般较大，传统的支架施工现浇段不仅费时费力，经济性也较差，因而一般采用第二、第三种方法施工边跨现浇段，如荷叶塘高架桥（过渡墩高81 m）和东路高架桥（过渡墩高36 m）边跨现浇均采用吊架施工。但采用箱梁悬臂段吊架施工会导致悬臂端变形大，施工风险大，在采用该方法前应进行详细的计算分析，同时施工控制计算中预拱度应计入悬臂施工支撑的受力过程。由于托架是支撑在桥墩一侧的，采用托架进行现浇段施工时，应注意桥墩（边墩）的稳定性，特别是在边跨现浇段重量较大时，应在边墩的另一侧施加平衡压重（见图3）。采用吊架进行边跨合龙时，应注意施工中吊架施加在悬臂梁端的荷载对桥梁内力的影响。

图2　吊架施工

图3　托架施工

2　不同合龙次序下的次内力效应

连续体系梁桥的成桥内力由各施工阶段的恒载内力累积而成，在悬臂阶段，内力由自重内力、预加力初预矩和收缩徐变次内力叠加而成。悬臂梁段浇筑完成后，桥梁进入合龙阶段，即桥梁结构进入体系转换阶段，在该阶段中，预加力、收缩徐变及温度变化等因素都会引起结构产生次内力，这些次内力与悬臂阶段的内力叠加成为结构的最终内力状态。刚构-连续组合体系梁桥是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结、边部数孔解除墩梁固结代之以设置支座的连续结构，具有连续梁桥和连续刚构桥两个体系的特性，属于多次超静定结构，因而进入合龙阶段后会引起较大的次内力。而且合龙次序不同会导致结构在施工过程中体系转换的差异，造成每一个阶段结构体系的不同，引起不同的次内力。因此，在不同合龙次序下，最后成桥的恒载状态会有较大区别。

3　常见多跨梁桥的合龙方法及次序

多跨连续体系梁桥在悬臂施工完毕、进入合龙施工阶段时，体系转换为T构→Π构→分段连续→形成全桥。常见合龙次序如下：

（1）每次合龙一个T构，从桥的边墩往另一个边墩逐跨合龙，这种合龙顺序只需一套合龙承重结构。还可从两个边墩同时往中跨跨中合龙，或先将中跨合龙，然后往两个边墩逐渐合龙，直至全桥合龙。该方法的优点是合龙顺序明确、计算图式清晰、合龙受到温度应力的影响最小；最大缺点是施工工期较长，不适宜在多跨情况下使用。

（2）将两个T构进行单T构的“小合龙”，形成静定稳定的Π构，然后将两两Π构进行“大合龙”。也可选择“小合龙”和“大合龙”相结合，以适应不同的桥跨结构。还可选择上述中的3种合龙顺序。这种方法使结构转换复杂，“大合龙”造成的内力重分布较明显，如果设计上没有采用这种方法，则应尽量避免采用。

（3）根据现场情况，可同时采用大、小合龙方式。尤其是在多跨、多个合龙段同时施工时，由于挂篮数量有限，必须分批倒用。现场条件下不一定能采用上述理想方案，因而可综合起来采用。

重庆朝阳寺大桥（连续刚构，跨径75 m+3× 130 m+75 m）采用第一种方法合龙，施工时从中间往两边每次合龙一个T构（中跨合龙→次边跨合龙→边跨合龙）。高明大桥（刚构-连续组合体系，跨径45 m+5×79 m+2×110 m+4×82 m+45 m）采用第二种方法合龙，先将左侧4个T构、中间5 个T构、右侧3个T构形成三大合龙段，然后将3个合龙段进行中跨合龙形成带悬臂的连续梁体系，最后进行左右边跨合龙，完成全桥合龙施工。东明黄河大桥（刚构-连续组合体系，跨径为75 m+7×120 m+75 m）采用第三种方法合龙，先将中间4个T构一次性合龙，再将左右侧的2个T构合龙形成Π构，之后完成剩余的中跨合龙，最后浇筑边跨合龙段。

4　不同合龙次序的计算分析

4.1工程背景及研究内容

4.1.1工程背景

东路高架桥（右线）位于湖南永州市蓝山县所城镇东路村境内，跨越沙坪水及东林路。桥孔布置为5×30 m+（45+4×78+45）m+5×30 m，主桥结构为45 m+4×78 m+45 m刚构-连续组合体系，最大墩高56.8 m（9#墩），过渡墩高分别为5#墩33.1 m、6#墩36.4 m（见图4）。主桥箱梁采用单箱单室截面。

图4　东路高架桥主桥桥型示意图（单位：m）

4.1.2研究内容

刚构-连续组合体系梁桥在进入合龙阶段施工时，每合龙一个合龙口，体系将会转换一次。因此，合龙次序的不同会对桥梁受力产生不同影响。主跨为45 m+4×78 m+45 m的东路桥，原设计采用的合龙方法是常见合龙顺序的第一种，合龙从边跨开始，即边跨合龙→次边跨合龙→中跨合龙。下面主要对原设计方案和其他两种对称合龙施工次序进行比较研究，另两种方案如下：方案Ⅰ为次边跨合龙→中跨合龙→边跨合龙；方案Ⅱ为中跨合龙→次边跨合龙→边跨合龙。在边跨合龙中，由于东路高架桥过渡墩高度较大，边跨现浇段及合龙段浇筑均采用吊架施工，由于吊架的一端支撑在悬臂梁段上（见图2），边跨现浇段和合龙段施工会对主墩上已浇筑的悬臂主梁产生较大影响。为了使3种方案的结果具有可比性，方案Ⅰ、Ⅱ采用与原方案相同的合龙施工配重、合龙温度、预应力张拉次序等。主梁节点位置见图5。

图5　东路高架桥主桥计算有限元模型

4.2合龙次序对主梁应力的影响

4.2.1成桥状态下主梁的应力比较

在主桥合龙完成并施加二期恒载后，比较3种合龙次序下的主梁应力，结果见图6、图7和表1。

图6　不同合龙次序时成桥状态下主梁下缘应力

根据图6、图7，原设计方案与另两种方案在主梁应力变化上有些不同，而方案Ⅰ、Ⅱ的主梁应力基本没有区别。原设计方案时主梁上缘应力在边跨至次边跨跨中区域比方案Ⅰ、Ⅱ的大，其他区域原方案主梁上缘应力比方案Ⅰ、Ⅱ的小；下缘应力则相反，即边跨至次边跨跨中区域比方案Ⅰ、Ⅱ的小，其他区域较大。但3种方案的应力值差别不大。

图7　不同合龙次序时成桥状态下主梁上缘应力

由表1可知：原设计方案上缘最大压应力出现在左中跨，为9.32 MPa；下缘最大压应力出现在右中跨，为9.22 MPa。方案Ⅰ上缘最大压应力出现在右次边跨，为9.75 MPa；下缘最大压应力出现在右边跨，为10.59 MPa。方案Ⅱ上缘最大压应力出现在右中跨，为9.69 MPa；下缘最大压应力出现在右边跨，为10.58 MPa。在原设计方案下进行合龙时主梁应力值最小。