连续刚构桥中跨合龙段顶推力研究

寇明国 黄 江

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)



连续刚构桥中跨合龙段顶推力研究

寇明国 黄 江

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

以姑溪河特大桥为例，对连续刚构桥中跨合龙段顶推力进行了研究，运用有限元软件计算出合龙段的顶推力，并通过对不同顶推力下的主墩变形和内力进行对比分析，确定出合理的顶推力大小。

连续刚构桥，中跨合龙段，顶推力，主墩

由于连续刚构桥本身的受力特点，与边跨相邻的主墩，在恒载作用下，两墩柱垂直力相差加大，内侧墩柱反力远大于外墩柱反力，且墩顶还存在较大的弯矩；混凝土主梁收缩、徐变导致主墩产生向跨中方向的变形，从而在主墩顶部、底部产生较大的次弯矩效应，在与体系温差的叠加下将加大对墩身的不利影响。通过计算发现，当桥梁完成边跨合龙后，再在中跨合龙前对跨中合龙段的悬臂端施加一对反向水平推力，使主墩向边跨侧发生设定的预偏位以抵消中跨合龙后主梁收缩、徐变产生的次内力和变位，并减小次内力与体系温差组合的不利效果，从而达到改善主墩墩身受力性能的目的[1]。这种中跨合龙段的顶推力对墩身有种类似于“预应力”的效果。这种“预应力”对于改善矮墩连续刚构主墩墩身受力更为明显[2]。工程中可通过施加顶推力来优化桥墩断面，但这个“预应力”施加多大算合理、应遵循什么原则，目前尚未见到相关明确论述。本文结合某工程实例对刚构桥中跨合龙段的顶推力进行了专门的研究。

1 施加顶推力的原则

通过有限元计算及工程实例发现，降低主梁混凝土收缩徐变及体系温差对连续刚构主墩身受力的不利影响是顶推力施加的首要出发点[3]，具体包括以下几点：

1)通过施加中跨合龙段水平顶推力后产生的弯矩能尽量抵消合龙后由主梁自重、混凝土收缩徐变等作用在墩身产生的弯矩，这样才能改善墩身受力性能，并达到控制墩身裂缝宽度及减少主筋数量的目的。2)施加中跨合龙段水平顶推力后产生的墩顶预偏能部分抵消合龙后由主梁混凝土收缩徐变在主墩产生的收缩，从而达到减小主墩墩顶水平位移的效果。3)考虑了体系降温作用的组合往往是控制主墩设计的关键，施加水平顶推力后会显著减小此控制组合值，但施加过大的水平顶推力，会导致主墩墩身控制组合的体系温差作用可能改为体系升温作用，因此认为过大的顶推力失去其意义。

因此，在不超标的前提下最大限度地实现顶推力的有利效果就是顶推力的取值原则。根据此原则，下文结合工程实例进行阐述具体应用。

2 工程实例概况

姑溪河特大桥是S247(围屋路)改扩建工程的控制性节点之一。该桥主桥是一座3跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为(76+135+76)m，桥梁立面布置如图1所示。

主梁为单箱单室预应力混凝土连续箱梁，箱梁顶板宽12 m，底板宽7 m；跨中梁高3.5 m，支点梁高8 m，悬浇部分梁高按2次抛物线规律变化；箱梁顶板厚28 cm，跨中底板厚度32 cm，支点底板厚度100 cm，悬浇部分底板按2次抛物线规律变化；跨中腹板厚度50 cm，支点腹板厚度90 cm，腹板厚度按分段等厚规律变化。主墩采用双肢薄壁墩，墩高16 m，桥墩壁厚1.6 m，双肢墩中心距4 m；采用9根2 m桩基础。

姑溪河大桥主墩构造见图2。

3 合理顶推力的确定

采用有限元软件Midas Civil建立全桥模型，主梁及主墩均采用梁单元模拟，主梁与主墩之间采用弹性连接刚性处理，有限元模型离散图如图3所示。

3.1 顶推力与墩身最大裂缝宽度的关系

表1给出墩身最大裂缝宽度与顶推力之间的对应关系。由表1可以看出墩身最大裂缝宽度与顶推力之间为线性关系；顶推力每增加1 000 kN，墩身最大裂缝宽度减少0.01 mm。因为墩身比较矮，在不施加顶推力时墩身受力较大，在最不利作用组合下墩身截面最大裂缝宽多达0.19 mm。经过试算，若把裂缝宽度控制在0.15 mm以内，顶推力需不小于4 000 kN。

表1 墩身最大裂缝宽度与顶推力的关系

3.2 顶推力与墩身内力、位移的关系

图4给出了墩底弯矩、墩底轴力与顶推力之间的线性关系；随着顶推力的增大，墩底截面弯矩、轴力减小。

图5分别给出了3年收缩徐变荷载工况、3年收缩徐变+升温荷载组合工况及3年收缩徐变+降温荷载组合工况下，墩顶位移与顶推力的线性关系。随着顶推力的增大，墩顶位移不断减小。

由图5可知，当顶推力取7 000 kN时，3年+升温组合下，墩顶位移由0.84 cm调整为-0.87 cm，因此顶推力继续增大的意义不大。综合考虑，顶推力取5 000 kN较为合理。

3.3 墩身控制截面受力性能比较

表2给出了合龙前施加顶推力与不施加顶推力，墩身控制截面的内力及水平变位。在永久荷载作用下墩身受力得到明显改善；基本确保了成桥状态下墩身保持铅直。

表2 墩身控制截面内力及变位比较

4 结语

1)本文研究了顶推力取值原则：在不超限的前提下最大限度地实现了水平顶推力的有利效果。

2)结合姑溪河特大桥工程实例，验证了顶推力对墩身内力及位移的改善效果。

3)对于矮墩连续刚构桥，通过中跨合龙前施加顶推力，有效降低墩身设计难度，从而能大大增强连续刚构桥的适用范围。

4)施加中跨合龙段水平顶推力可避免连续刚构桥对合龙温度的限制，合龙时温度与设计对比偏高或偏低，可通过调整水平顶推力大小来改善桥梁受力，主要原则为“温高大顶力，温低小顶力”[4]。

[1] 邹毅松，单荣相.连续刚构桥合龙顶推力的确定[J].重庆交通学院学报，2006(4):110-112.

[2] 张刚刚，吴重男.连续刚构桥合龙段顶推力设计探讨[J].中外公路，2011(5):103-106.

[3] 姜天晓，刘三奇，胡 成.高桩承台柔性基础连续刚构桥合龙顶推力研究[J].工程与建设，2010,24(3):80-81.

[4] 刘昌国，殷灿彬.连续刚构桥高温合拢顶推力的分析与试验研究[J].公路工程，2009,34(5):160-161.

[5] 马卫华，孙全胜.连续刚构桥非高温顶推合拢试验分析[J].低温建筑技术，2011,33(4):101-102.

The jacking force research for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge

Kou Mingguo Huang Jiang

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

Taking the Guxi river super bridge as an example, this thesis researches the jacking force for the closure for middle span of a continuous rigid-frame bridge, using the finite element software to calculate the jacking force and contrasting the deformation and internal force by different jacking forces, finally this thesis deduces the optimal jacking force.

continuous rigid-frame bridge， the closure for middle span， jacking force， main pier

1009-6825(2017)14-0161-03

2017-02-21

寇明国(1977- )，男，硕士，高级工程师

U441

A