高墩大跨连续刚构桥合龙方案探究

张亚西

(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

大跨径连续刚构桥的设计和施工水平成熟，结构受力明确，因而得到广泛应用，而对于悬臂浇筑中的合龙问题一直以来都是研究的热点［1-3］，合龙顺序选择对成桥之后的内力和变形有非常大的影响，合龙是一个体系转换的过程，合龙后结构约束增加，超静定次数增大，合龙时的工况，例如，温度、施工荷载、合龙方式以及合龙顺序等直接影响桥梁结构的成桥应力及线形。但是对于连续刚构桥(特别是高墩大跨度连续刚构桥)，其合龙顺序并没有明确的参考标准与依据，且对于高墩大跨度连续刚构桥研究较少，刘建、陆新淼发现对于多跨连续刚构桥合龙次序对主梁竖向位移和应力影响并不明显［4］而叶松与郭彬则从主梁应力与线性等多角度对比分析，认为先边跨后中跨的合龙顺序更为有利［5］。文章以石红八宝树高墩大跨连续刚构桥为研究对象通过对比不同的合龙顺序从多角度判别合龙顺序的优略，从而丰富了合龙顺序对高墩大跨度连续刚构桥的研究，为类似桥梁的施工决策提供依据。

1 工程概况

本文所研究的桥梁为主桥长340 m的高墩大跨连续刚构桥，跨径布置为90 m+160 m+90 m，桥墩最大长度120 m，桥面宽度10 m，跨径布置见图1。

图1 跨径布置示意(单位：cm)

桥梁的根部梁高10 m，跨中梁高3.5 m，其按照1.6次抛物线变化，主桥下部结构桥墩采用钢筋混凝土双肢薄壁空心墩。

2 有限元模型的建立与分析

运用有限元软件MIDAS建立三维有限元模型，参考工程建设的实际情况与仿真模拟的需求，分别建立先边跨合龙再中跨合龙、先中跨合龙再边跨合龙、一次成桥的模型，模型采用相同的参数，全桥结构离散成425个节点、410个单元，连续刚构桥的主梁与桥墩、桥墩与承台、承台与地基之间采用固结模拟；全桥计算模型见图2。模型中沿纵桥向为X轴，竖向为Z轴，横桥向为Y轴。

图2 结构有限元模型示意

3 结果对比

3.1 恒荷载下主梁应力与线性对比

通过对比不同合龙顺序，所产生主梁应力与位移之间的差异，判别相对较为合理的合龙顺序，其主梁应力与位移如表1、表2所示，从表格中数据可以看出，在恒载作用下，主梁的应力值相差较小，且差值的幅度，均在工程可接受范围内，故而合龙顺序并不影响主梁恒载作用下的受力情况，但对于位移，从表格中可以清楚的看出，恒载作用下，先边跨后中跨的合龙方式，各节点竖向位移值相对在较小范围内变化，线型明显优于其他两种合龙方式。

3.2 收缩徐变导致主梁应力与线性对比

收缩徐变是收缩徐变是造成大跨度连续刚构桥跨中长期下挠的重要因素，对于高墩大跨连续刚构桥其影响更为显著，探究不同合龙顺序对其影响，确保使用合理的合龙顺序，降低其长期下挠值，延长桥梁的正常使用年限(表3、表4)。

对比三种合龙方式，可看出对于高墩大跨连续刚够桥先边跨后中跨与一次成桥两种合龙方式由于收缩徐变引起的应力变化范围相对较小，且应力分布较为均匀，符合连续刚构桥受力特征，而先中跨后边跨其应力变化幅度较大，应力变化突兀。

对于先边跨后中跨的合龙顺序，其跨中因收缩徐变导致的下挠值为2.48 cm，而先中跨后边跨的合龙顺序，其跨中因收缩徐变导致的下挠度值为25.231 cm，明显大于另外两种的合龙方式，且其他所选位置处其下挠度值也明显。

表1 主梁应力值 MPa

表2 主梁位移值 cm

表3 主梁应力值 MPa

3.3 主梁应次应力对比

通过对比预应力钢束在三种不同合龙方案所引起的主梁次应力以及沉降所引起的次应力比较，从两个方面比较更好的合龙顺序。

表4 主梁位移值 cm

从表5、表6中可以看出，三种合龙方式所导致的主梁的次应力其相差并不明显，且三种合龙方式导致的主梁次应力值变化趋势大致相同，且变化的范围基本接近，只是先中跨后边跨的合龙方式，其中跨跨中处，因预应力钢束以及沉降所产生的应力值相较其他两种方式，其应力值相对较大，故先中跨后边跨的合龙方式明显劣于其他两种。

表5 主梁次应力 MPa

表6 主梁次应力 MPa

4 结论

(1)探索三种合龙方式的过程中，发现先边跨后中跨及一次成桥的合龙方式其所产生的各个方面的效应明显优于先中跨后边跨，这也解释了实际工程中多采用先边跨后中跨的方式合龙，而一次成桥的合龙方式会由于各种原因而难以实行，从而使得工程中普遍选用先边跨后中跨合龙方式，以求使得成桥阶段达到最佳。

(2)比较一次成桥与先边跨后中跨的合龙，惊讶地发现两种合龙方式竟然在诸多方面的数据有相似，从而可以看出两种合龙顺序在结构受力方面近似可以认为等效。

(3)对于高墩大跨度连续刚构桥其采用先中跨后边跨合龙方式时，我们可以明显看出其收缩徐变导致的中跨下挠值明显过大，故而对于高墩大跨连续刚构桥应谨慎采用这种方式合龙。