连续梁桥合龙顺序仿真研究

高 勇 高 原

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北 武汉 430056)

1 概述

桥梁合龙段施工是决定桥梁建设成败的关键部分，合理的合龙顺序对调整桥梁的内力和线形发挥着十分重要的作用，不同的合龙顺序桥梁结构受力状态不同，从而影响结构的长期挠度[1]。对于连续刚构桥，由于施工周期长，施工繁杂，如果不认真计算分析，就会造成不能顺利合龙。因此，选择正确的合龙顺序至关重要。几乎可以通过合龙顺序的选择来实现桥梁结构内力和线形的选择。

孙全胜、姚志立等[2-4]以实际连续梁桥工程为例，计算了不同合龙方案对主梁竖向位移和应力的影响，指导桥梁合龙施工；刘沐宇等[5]以新疆伊利特大桥为实例，探讨了连续刚构组合梁桥主梁合龙顺序的一般规律，王学华、张继尧和彭道富等人[6-8]，分析了不同合龙顺序下刚性支撑的受力差别；陈淮、刘华为等[9,10]探讨了主梁合龙顺序、边跨现浇段满堂支架拆除时机和主梁中跨合龙段顶推力的优化调整等关键技术问题。

本文以某连续梁桥为实例，采取了三种不同的合龙方式进行仿真研究，分析对比了不同合龙顺序对主梁内力、变形的影响，以确定最佳合龙顺序，为连续梁桥提供施工和监控的参考价值。

2 模型的建立

使用Midas有限元进行模拟计算，根据该跨线桥的结构设计所选取的三种合龙工况如表1所示。

表1 合龙顺序工况

在建立有限元模型过程中，重点关注梁体随合龙顺序的改变而产生的力学响应分析，因此可以将桥墩的模拟简化为边界条件作用于桥墩处。根据实际工程的情况和分析的需要，全桥共划分为81个节点，80个单元，模型主要根据施工阶段进行分析，三种工况条件下最终成桥模型均如图1所示。

3 不同合龙顺序对桥梁内力的影响

3.1 工况一：先边跨后中跨合龙

由于需要建立不同模型不同阶段之间的分析对比，因此将数据提出后进行对比分析工况一时桥梁各施工阶段的弯矩图如图2所示。

由图2可知：1)各施工阶段最大正弯矩均出现在两桥墩附近，最大值为全部合龙完成后219 706 kN·m，这与连续梁为了克服均布恒荷载作用下支点处的最大负弯矩而设计的预应力筋束形式、数量以及支点处的较大厚度有关；最大负弯矩均为边跨合龙阶段在边跨合龙段附近，最大值为-43 476.7 kN·m；2)中跨跨中合龙段附近弯矩随着施工阶段的进行呈现逐步减小趋势，边跨合龙段的负弯矩也呈现减小趋势，这对梁体各施工阶段完成时支架逐步拆除后梁体受力的控制有利；3)成桥后最大正负弯矩均比施工阶段中小，且其弯矩图正好与后阶段的桥面铺装等弯矩图相反，因此从弯矩图的形式看，该合龙顺序合理。

3.2 工况二：先中跨后边跨合龙

在工况二先中跨后边跨合龙的顺序下，各施工阶段弯矩变化见图3。

由图3可知：1)该工况下，最不利的施工阶段为全部合龙完成时，最大正负弯矩均在该阶段，最大正弯矩也在中墩附近为230 185 kN·m，最大负弯矩在中跨合龙段为-40 924.3 kN·m；2)二期恒载与合龙完成时弯矩几乎无变化，说明在工况一、二时合龙完成后，在无外荷载作用时桥梁内力已经稳定，这对桥梁施工作用较好；3)成桥后的最大正负弯矩以及其趋势均位于中跨合龙阶段和合龙完成阶段之间，说明在施工过程中，梁体内力变化幅度较大，这不利于施工控制。

3.3 工况三：边中跨一起合龙

在工况三同时合龙中边跨合龙段时，各施工阶段弯矩变化见图4。

由图4可知：1)该工况下，最不利的施工阶段为全部合龙完成时，最大正弯矩在中墩处为236 705 kN·m，最大负弯矩在边跨合龙段为-36 840.3 kN·m；2)与前2个工况不同，二期恒载与成桥后弯矩图变化较为明显，说明该合龙方式下，使得桥梁内力相对不稳定，不利于对将来桥梁受力情况的分析；3)在合龙完成以及二期恒载阶段，中跨合龙段附近负弯矩较大，而成桥后为正弯矩，有明显变化，不利于梁体受力。

3.4 各工况结果内力对比分析

由于各工况下，合龙完成时的受力状态对桥梁较为不利，而成桥状态的受力直接影响到桥梁的正常运营过程，因此对各工况最不利施工状态弯矩和成桥状态下弯矩、轴力对比分析如图5～图7所示。

由图5～图7可知：1)在合龙完成状态下，三种工况都呈现了仅合龙区段附近受拉的现象，先中后边的合龙与一次合龙的弯矩图变化不大，而先边跨后中跨的最大正负弯矩均远小于这两种合龙顺序；2)在成桥状态下，三种方式合龙时成桥弯矩趋势近乎一致，且其趋势正好与恒载作用产生的弯矩相反，这就解释了为什么成桥状态下弯矩均出现比合龙完成时弯矩小的结果。先边后中的正弯矩比其他两种方式稍大，而桥面铺装等恒载以及桥梁正常使用中的活载会在支点附近产生较大的负弯矩(其绝对值往往大于正弯矩区域)，因此这有利于为后续阶段提供安全储备空间；3)三种合龙顺序的轴力对比图接近重合，说明合龙顺序对成桥轴力无明显影响，这是因为在连续梁中影响轴力的主要因素和预应力筋的受力与布置以及超静定产生的次生内力有关，三种合龙顺序并未改变这些因素。综上所述，从桥梁内力来看，无论是施工过程中还是成桥后合龙方式最佳合龙顺序为先边跨后中跨。

3.5 不同合龙顺序对主梁线形的影响

竖向位移恰恰是影响线形行车平顺的重要因素之一，尤其是高速铁路对桥梁线形要求极高，所以其变化在PC连续梁桥给予严格的关注。全部合龙和成桥状态下梁体竖向累计位移对比如图8,图9所示。

由图8，图9可知：1)先边跨后中跨合龙时，在合龙状态和成桥状态最大竖向位移分别为21.57 mm和15.35 mm；先中跨后边跨合龙时，在合龙状态和成桥状态最大竖向位移分别为31.20 mm和15.00 mm；边中跨一起合龙时，在合龙状态和成桥状态最大竖向位移分别为29.29 mm和13.10 mm。工况一的合龙状态下最大竖向位移相比工况二减小了9.63 mm，比工况三减小了7.72 mm。2)三种工况在两种状态下均呈现了中跨竖向位移相对边跨较大的现象，最大竖向位移均在中跨跨中区域附近，对桥梁运营更为有利。3)先边跨后中跨合龙，从合龙状态到成桥状态竖向位移变化明显小于其他两种合龙方式，最大差值从16 mm左右减小至6 mm左右，无论从施工过程中竖向位移的变化值还是单个状态下竖向位移的变化趋势，其线形更为流畅，这样在施工过程中更便于监控桥梁结构的挠度变化，有利于达到尽量减小桥梁高程与设计值偏差的目的。

4 结语

三种不同顺序合龙完成状态下，先边跨后中跨的最大正负弯矩均远小于其他两种合龙顺序，最大竖向位移相比其他两种合龙顺序都有所减小，最佳合龙顺序为先边跨后中跨。

[1] 耿永魁.高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥合龙施工分析与控制[D].西安：长安大学,2016.

[2] 孙全胜，李大杰.超长联大跨连续梁桥合龙顺序分析[J].世界桥梁，2012，40(5):45-48.

[3] 姚志立，余钱华，胡惜亮，等.矮寨连续刚构桥合龙顺序分析及过程模拟计算[J].公路工程，2012，37(2):4-7.

[4] 冷双全，张永水.高墩多跨连续刚构桥最优合龙顺序选择[J].交通科学与工程，2012，28(3):37-41.

[5] 刘沐宇，杜细春.多跨PC刚构—连续组合梁桥的合龙次序分析[J].武汉理工大学学报，2007，29(6):107-110.

[6] 王学华.合龙顺序对高速铁路连续梁桥的影响分析[J].铁道标准设计,2014,58(7):72-75.

[7] 张继尧，王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社，2004.

[8] 彭道富，武登银，翁为军，等.李子沟特大桥合龙段施工技术[J].铁道标准设计，2001(3):29-31.

[9] 陈 淮,陈鹏飞,李 杰.刚构—连续组合梁桥主梁合龙关键技术[J].铁道科学与工程学报,2015,12(1):113-118.

[10] 刘华为.客运专线多跨连续刚构桥合龙顺序对桥墩水平顶推位移影响研究[J].城市道桥与防洪,2015(2):8，44-46.