大跨连续梁桥施工过程受力分析对比研究

2020-04-24郝俊

山西建筑 2020年8期

郝俊

(南宁纵横时代建设投资有限公司，广西南宁 530000)

1 概述

挂篮悬浇法是大跨度预应力混凝土连续梁桥最重要的施工方法之一，这种施工方法不需要搭设支架，利用已成梁段作为支撑，通过挂篮推进。对于大跨度结构，尤其是墩高比较高的情况下，是最优的施工方法。支架法也是连续梁桥施工的一种主要施工方法，但这种方法一般仅仅适用于较小跨度的桥梁。

在桥梁的建设过程中，由于悬浇施工节段长度的限制，某些大跨度预应力混凝土连续梁采用挂篮的施工方法不能满足业主对工期的要求。但由于大跨度桥梁桥长较长，若采用传统的满堂支架显然是非常不经济的。因此可以采用分节段支架现浇的施工方式，用移动的支架替代传统的挂篮施工方法，以达到加快施工进度，节约工期的目的。

本文以某大跨度预应力混凝土连续梁桥为实例，重点对采用分节段支架现浇施工与挂篮悬臂浇筑施工两种施工方法的桥梁结构进行受力分析研究。

2 桥梁基本结构

主桥孔跨布置为：(75+120+75)m，全长270 m。桥梁孔跨布置见图1。

箱梁采用分幅式单箱双室箱型截面，为三向预应力结构。箱顶板宽19 m，腹板为斜腹板，腹板倾角15°，底板宽9.286 m～11.805 m，两翼板悬臂长3.0 m，箱梁顶板设置成2%单向横坡，箱梁底板水平设置。箱梁跨中及边跨现浇段梁高2.80 m，箱梁根部断面和墩顶0号梁段高为7.5 m。桥梁横断面尺寸见图2。

3 施工节段划分及施工流程

3.1 挂篮悬臂浇筑施工

采用挂篮悬臂浇筑法施工时，悬臂划分为15段，其中包含7个3 m节段，8个4 m节段。另外0号段长度为12 m，边跨现浇段长度为13.9 m，边跨及中跨的合龙段长度均为2 m。这种施工方式下，主梁节段划分如图3所示。

采用挂篮悬臂浇筑的施工方式时，具体的施工工序如下：

1)主桥墩完成后，在墩顶设置临时托架，现浇主梁0号段。主墩与主梁临时固接，采用临时垫块承受压力与普通钢筋锚固承受拉力；

2)进行挂篮拼装，同步对称施工15个悬臂浇筑节段；

3)在满堂支架上完成边跨现浇段的施工；

4)挂篮改为吊架，完成边跨合龙段及中跨合龙段施工；

5)解除墩梁临时固结，形成最终的连续梁体系。

3.2 分节段支架现浇施工

采用分节段支架现浇法施工时，移动支架施工节段划分为8段，其中包含3个6 m节段，5个7 m节段。另外0号段长度为12 m，边跨现浇段长度为15.9 m，取消边跨现浇段设置，仅保留中跨的2 m合龙段。这种施工方式下，主梁节段划分如图4所示。

该方法施工流程基本与挂篮悬浇方法一致，支架替代了挂篮的作用。即在施工当前节段时，支架搭设于本节段下方，待本节段施工完成后，拆除节段下方支架。同时，为了加快施工速度，在本节段结构施工过程中，同步开始搭设下一个节段下方支架。

4 受力分析对比研究

施工过程的结构计算分析采用大型有限元分析软件桥梁博士。建立平面杆系模型，结构上下部均采用梁单元。分别模拟采用挂篮悬浇及分节段支架现浇两种施工方法，提取计算结果后，根据桥梁设计相关规范要求进行荷载组合，着重对比在两种施工方法下的变形和内力差异。

4.1 主梁位移对比

各梁段在施工结束时，其位移计算值可由下式计算：

各个节点在其施工阶段的最大悬臂状态位移见图5。

由图5可知采用不同的施工方式，施工过程中节段悬臂远端呈现出不同的位移变化规律。当采用挂篮悬浇的施工方法时，节段累积位移随着悬臂长度的增加而同步增大，节段最大累积下挠值为26 mm。而当采用节段支架施工方法时，由于节段前端支架的支撑，对竖向位移的累积起到了限制作用，因此节段累积位移并未呈现出随悬臂长度的增加而同步增大的趋势，在该种施工方式下，节段最大累积下挠值为1.2 mm，仅相当于挂篮悬臂浇筑法的4.5%。

4.2 主梁应力对比

当采用挂篮悬浇施工和节段支架施工两种施工方案，均处于最大悬臂状态时，主梁缘及下缘的应力计算结果对比如图6，图7所示。

从图6，图7可以看出，节段支架现浇梁截面上缘压应力比挂篮悬臂浇筑截面压应力大1 MPa～2 MPa，而下缘压应力比挂篮悬浇方式的截面压应力小2 MPa～3 MPa(对于墩梁截面的应力突然急剧减小，是由于在0号节段位置梁截面顶底板及腹板增大的原因所致)。从以上规律可以看出，在预应力钢束的配置上，采用节段支架现浇施工方法的大跨连续梁，应注意预应力钢束的分布与悬浇施工方式有所不同，应加强底板钢束的配置，对于顶板钢束可适当减少，以优化截面压应力储备。

4.3 墩顶梁截面负弯矩对比

当连续梁桥采用挂篮悬臂浇筑施工方法时，在未合龙前，梁体均呈现T形刚构的受力形态，各节段在悬臂的推进过程中，墩顶对应的梁截面均产生负弯矩，且不断累积。当采用节段支架施工方法时，由于支架的作用，结构的支撑体系发生了较大变化，在悬臂远端提供了有效支撑，因此墩顶位置对应的梁截面负弯矩会相应的减小。根据结构分析结果，提取各节段施工时引起的墩顶梁截面负弯矩进行对比分析，如图8所示。

由墩顶对应位置梁截面弯矩的对比图可以看出，当采用挂篮悬浇施工方法时，墩顶对应位置梁截面的负弯矩呈现出随着梁体悬臂长度增加而增大的规律，最大值达到了-95 200 kN·m。而采用节段支架施工法，墩顶对应位置梁截面负弯矩随悬臂长度的增加呈现出先增大后减小的规律。当悬臂长度达到20 m左右时弯矩达到最大值，之后随主梁长度的增加，负弯矩反而呈现减小的规律。从整个施工过程来看，采用节段支架现浇法时，墩顶对应梁体截面的最大负弯矩仅为挂篮悬臂浇筑方法的40%。由此可以看出，采用节段支架施工法可大大减小墩顶梁截面的负弯矩值。