沁河大桥连续刚构合拢的研究

覃巍巍

（柳州欧维姆机械股份有限公司,广西 柳州 545006）

沁河大桥连续刚构合拢的研究

覃巍巍

（柳州欧维姆机械股份有限公司,广西 柳州 545006）

预应力技术广泛运用于桥梁悬臂浇筑的高墩实际工况中。针对高墩预应力混凝土连续刚构桥合拢的顺序和方式,通过实际桥型的计算及模拟分析,针对几种备选方式进行验证,最后得出不同工况下的选择方式和意义,为今后高墩预应力混凝土连续刚构桥施工提供参考。

桥梁施工；高墩；预应力；连续刚构；合拢

0 引言

采用悬臂浇筑施工的高墩预应力混凝土连续刚构桥合拢施工技术主要包括如下几个方面的内容:合拢顺序选择、合拢方式、合拢段临时锁定方案设计、合拢施工的时间选择、体系转换以及施工配重等。对于高墩预应力混凝土连续刚构桥来说,合龙方式的设计尤为重要。以沁河大桥100 m+ 180 m+100 m连续刚构桥为工程背景,通过对比计算来研究合拢方式、合拢顺序对成桥后结构受力情况的影响以及各自的适用条件。

1 预应力混凝土连续刚构桥合拢方式的设计

根据不同的地形、合拢后结构的内力变化以及施工单位的施工技术力量,连续刚构桥的合拢可采用不同的方式。目前根据所采用的施工工艺大体上可分为五类:

（1）方案一:落地支架上完成现浇段和边跨合拢段浇注,再合拢中跨。

落地支架上完成现浇段和边跨合拢段浇注,一般适用于地势平坦、桥墩不高、地质条件良好,容易搭设支架的地方,其边中跨之比大致在0.55～0.58范围内。

（2）方案二:落地支架上浇注现浇段,在吊架上完成边跨合拢段,最后合拢中跨。

落地支架上完成现浇段浇注,在吊架上浇注边跨合拢段。适用于地势平坦、桥墩不高、地质条件良好,容易搭设支架的地方。采用方案二合拢的连续刚构桥,其边中跨之比大致控制在0.55～0.58范围内[1]。

（3）方案三:导梁上完成现浇段和边合拢段浇注,再合拢中跨。

在边跨悬臂及交界墩上搭设导梁,支承在边跨上,利用导梁完成边跨现浇段和边跨合拢段的浇注。方案三主要适用于桥墩较高、搭设支架不经济的桥位,其边中跨之比大致在0.54～0.56范围内。

（4）方案四:不对称悬浇后,先边跨后中跨合拢

地区建造桥梁,山高谷深,导致桥墩特别高。如果采用落地支架浇注边跨现浇段及边跨合拢段,不仅费材费力、施工难度大,而且也很难保证支架不发生不均匀沉降。由于边墩很高,如果采用导梁方式合拢,导梁的重量以及现浇段和合拢段的重量对边墩将产生很大的轴力和弯矩,从而对边墩的受力非常不利。因此,当T构施工到最大悬臂后,在中跨的最大悬臂处添加配重,边跨继续悬浇,最后与边墩托架上浇注好的现浇段合拢[2]。

（5）方案五:悬浇到最大悬臂状态后,先中跨后边跨合拢

当连续刚构桥悬浇到最大悬臂状态后,先合拢中跨,然后继续悬浇边跨,与此同时在边墩上搭设托架浇注边跨现浇段,最后利用吊架完成边跨合拢[3]。

2 仿真分析

高墩预应力混凝土连续刚构桥的恒载内力由各施工阶段的内力叠加而成,根据不同合龙顺序和方式计算出不同的收缩徐变次内力等。因高墩预应力混凝土连续刚构桥属于超静定结构,显然不同的合拢方法对桥梁成桥时的恒载内力有很大的区别。

2.1 计算模型

纵向静力计算按平面杆系进行结构分析,采用桥梁结构静力计算综合程序QJX计算。计算假定:上部箱梁与主墩固结,桥台处支座按滑动支座考虑,主墩底按刚性各向固定支承考虑；结合设计文件的施工顺序和单元划分进行结构离散,共划分主梁单元149个,桥墩单元42个,永久支承单元6个[4]。如图1所示。

图1 结构离散图

2.2 荷载组合

（1）施工阶段

恒载+施工荷载

（2）运营阶段

组合1:恒载

组合2:恒载+公路—Ⅰ级

组合3:恒载+挂车-120

组合4:恒载+公路—Ⅰ级+温度组合Ⅰ

组合5:恒载+公路—Ⅰ级+温度组合Ⅱ

2.3 计算结果

（1）成桥阶段箱梁控制截面应力见表1（表中数值符号规定:压应力为正,拉应力为负）。

表1 成桥阶段箱梁控制截面应力 kg/cm2

由成桥阶段箱梁各控制截面应力数据分析可知:

a.不管采用哪种方案合拢,成桥后各控制截面的最大压应力 σ均远远低于 0.70 fck=0.70× 355=248.5 kg/cm2,满足规范要求；

b.采用方案五合拢的连续刚构桥,成桥后在悬臂根部、跨中以及边跨支座处的下缘压应力储备最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合拢的连续刚构桥,成桥后在悬臂根部、跨中以及边跨支座处的下缘压应力储备最小。

（2）运营阶段各荷载组合情况下箱梁控制截面最大和最小应力见表2。

由数据分析可知:

a.不管采用哪种方案合拢,运营阶段各控制截面的最大压应力 σkc+σpt都以组合4为最不利工况,但其最大压应力也均小于 0.5 f’ck=0.5× 355=177.5 kg/cm2规范要求。

b.用方案五合拢的连续刚构桥,在运营阶段各种荷载组合下的下缘最大和最小压应力储备均最大；

c.方案四、方案二、方案三依次次之；

d.采用方案一合拢的连续刚构桥,在运营阶段各种荷载组合下的下缘最大和最小压应力储备均最小；

e.由以上成桥、运营阶段上部箱梁正应力计算结果,可以看出在各工况下主梁各截面应力均满足规范要求,结构均为安全。

（3）箱梁主拉应力

箱梁控制截面主拉应力见表3、表4。

由箱梁控制截面主拉应力数据可知:不管采用哪种方式合拢,其结构的主拉应力变化均不是特别大,而且值均较小,满足规范,表明结构较为安全。

（4）主墩内力计算

成桥、运营阶段墩身内力见表5。

由以上数据可以看出,方案一和方案二合拢后的连续刚构桥,其墩顶、墩底受力最小,方案三、方案四依次次之,方案五合拢后的连续刚构桥的墩顶、墩底受力较大。

3 结论

（1）方案一:落地支架上完成现浇段和边跨合拢段浇注,再合拢中跨。这种合拢方式完成的连续刚构桥,不论是在成桥阶段还是在运营阶段,各控制截面下缘的压应力储备均最小,而且方案一只适合于地势平坦、桥墩不高、地质条件良好,容易搭设支架的地方,其边中跨之比大致在0.55～0.58范围内。

表2 运营阶段各荷载组合情况下箱梁控制截面最大和最小应力 kg/m2

（2）方案二:落地支架上完成现浇段、吊架上浇注边跨合拢段,再合拢中跨。这种合拢方式取消边跨合龙支架,增加边跨合拢的稳定性。这种方式合拢的连续刚构桥在成桥后墩顶、墩底受力最小；在成桥阶段和运营阶段,各控制截面下缘的压应力储备在5种合拢方式中居中。如果在地势平坦、桥墩不高、地质条件良好、容易搭设支架的地方,可以采用方案二完成连续刚构桥合拢。

表5 成桥、运营阶段墩身内力t/m2

（3）方案三:导梁上完成现浇段和边跨合拢段,再合拢中跨。该方式合拢完全取消落地支架,增加边跨合拢的稳定性和提高施工的方便程度,并且边跨支点在任何荷载工况下总保留有足够的压力,而不出现拉力,这样利用导梁合拢边跨,不会过多增加预应力,是方案二的改进版。方案三主要适合于桥墩较高、搭设支架不经济的桥位,其边中跨之比大致在0.54～0.56范围内。

（4）方案四:不对称悬浇后,先边跨后中跨合拢。在山高谷深的地区建造桥梁,桥墩特别高,当T构施工到最大悬臂后,边跨继续悬浇,在中跨的最大悬臂处添加相应的配重,最后与边墩托架上浇注好的现浇段合拢,就能消除落地支架和导梁施工给结构带来的不利因素。经仿真分析,方案四完成的连续刚构桥不论是在成桥阶段,还是在运营阶段各控制截面下缘的压应力储备均较大,但成桥后墩顶和墩底的内力也不小,需在桥墩配筋时加以增强。

（5）方案五:最大悬臂后,先中跨后边跨合拢。这种合拢方式同样适用于山高谷深的地区,与方案四相比合拢的顺序不一样,为方案四的变异。在5种合拢方式中,不论是在成桥阶段还是在运营阶段,各控制截面下缘的压应力储备方案五都大,但是成桥后其桥墩顶和底的内力也是5种合拢方式中的最大者,在桥墩配筋时需注意。

[1]贺玉娥.多跨高墩连续刚构的设计研究 [J].黑龙江交通科技, 2012(8):70.

[2]刘建,陆新焱.基于无应力状态法的高墩大跨连续刚构桥合龙方案研究[J].中外公路,2013(33):110-114.

[3]徐君兰,项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]秦顺全．桥梁施工控制无应力状态法理论与实践[M].北京:人民交通出版社,2007.

U445

B

1009-7716（2017）07-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.032

2017-03-16

覃巍巍（1984-）,男,广西柳州人,工程师,从事桥梁工程设计工作。