基于支架法施工的连续梁桥力学行为分析

吕亚超

中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710000

预应力混凝土连续箱梁桥整体稳定性好、抗扭刚度大，变截面形式可以充分发挥混凝土的抗压性能，可减轻自重，节省材料，增大桥梁跨度，提高行车舒适性。经过长期发展，预应力混凝土连续梁桥施工工艺成熟，施工方法灵活，支架法因场地适应性强、支架形式多样、施工简单高效而被广泛应用。

文章结合某上跨道路预应力混凝土连续梁工程，提出采用钢管贝雷满堂支架法施工，首先对全桥进行有限元结构响应分析，以掌握桥梁的应力和变形特点，针对最不利工况分析支架在主力及附加力等效荷载作用下的结构安全性，并进行施工线形监控。

1 全桥有限元分析

1.1 建立有限元模型

主桥跨径布置为（40+70+40）m的变截面连续箱梁，上部结构采用支架现浇跨越道路。为了全面掌握连续梁的力学行为特征，采用Midas建立全桥有限元模型，分析支架施工过程中混凝土浇筑、预应力张拉、长期收缩徐变等因素对主梁内力和位移状态的影响，以准确了解连续梁各施工阶段力学特点，为支架设计提供理论依据。

主桥离散为梁单元，合拢前墩梁固结，合拢后体系转换，墩梁铰接。按照实际施工工况顺序施加结构恒载及活载内力，考虑温度效应及基础沉降影响，全桥有限元模型如图1所示。

图1 全桥有限元模型

1.2 结构响应分析

（1）温度荷载作用。在温度梯度和系统温度作用下主梁的竖向位移变化如图2、图3所示。温度作用下主梁中跨跨中位移变化明显，温度梯度较系统温度影响大，梯度升温和系统升温均较降温作用明显。梯度升温作用下，主梁跨中位移最大达到2cm。

图2 温度梯度作用下的主梁竖向位移

图3 系统温度下的主梁竖向位移

（2）荷载组合作用。成桥阶段主梁在最不利荷载组合的作用下，即在恒载+活载+温度梯度+系统温度组合作用下的竖向位移如图4所示，主梁应力如图5所示。跨中位移最大达到5.75cm，跨中应力最大达到1.87MPa。施工完成后主梁在自重和二期恒载作用下影响基本形成，列车荷载按最不利影响方向加载，考虑最不利温度影响，主梁跨中易出现拉应力，因此对支架法施工提出严格要求。

图4 荷载组合作用下的主梁竖向位移

图5 荷载组合作用下的主梁应力

2 钢管贝雷支架有限元分析

考虑主梁对支架的变形要求，支架采用刚度较大的钢管柱+贝雷梁主体形式，建立有限元模型，如图6所示。钢管桩底部固结，分配梁连接处采用弹性铰接，贝雷梁销轴连接处释放梁端约束，均不传递弯矩。高铁桥梁对线形平顺要求严格，因此在设置贝雷梁跨度时跨度不宜过大且应准确计算跨中挠度，从而为精确控制模板标高提供依据。

图6 钢管贝雷支架模型

贝雷梁杆件以承受轴力为主，弦杆、竖杆、斜杆最不利轴力计算结果如图7～图9所示，弦杆最大轴力为170.2kN（小于560kN），竖杆最大轴力为184kN（小于210kN），斜杆最大轴力为170.9kN（小于171.5kN），故贝雷梁受力满足要求。

图7 弦杆轴力图（单位：kN）

图8 竖杆轴力图（单位：kN）

图9 斜杆轴力图（单位：kN）

贝雷梁变形图如图10所示，由图10可知，贝雷梁整体最大竖向相对变形△L=10.6mm（小于9000/500），因此变形满足要求。

图10 贝雷梁变形图（单位：mm）

贝雷梁自身挠度变形对主梁一次浇筑成型不利，因此通过计算得到的贝雷梁竖向变形可在满堂支架搭设过程中通过顶托予以调节，精确控制主梁线形，满足主梁预拱度设置要求。

3 线形监控

在理论计算分析的基础上对结构施工过程进行监控，确保结构施工安全，使主梁成桥内力和线形符合设计要求。支架法施工过程中，主梁浇筑顺序、浇筑后主梁混凝土初凝至终凝强度不断变化的过程，以及施工荷载变化等各种施工及环境因素均会影响支架受力。针对支架受力变形的不确定性，需加强各施工阶段的监测，减小施工及测量误差，根据自适应原则进行实时调整与控制。

根据全桥受力变形特点，综合考虑理论计算挠度值、支架预压沉降值、长期收缩徐变及活载效应，设置主梁成桥预拱度。同时，施工过程中结构受环境温度变化、混凝土龄期、预应力张拉施工等影响，主梁节段标高需要随时监测。以主梁成桥线形状态为导向，考虑已浇筑梁段线形、支架变形及下一梁段施工对前一梁段控制截面影响，设立施工预拱度，形成施工立模标高。

通过对各节段主梁标高进行监测得到实测主梁标高与设计主梁标高对比图，如图11所示。由图11可知，成桥线形与设计线形吻合较好，合拢精度控制在2cm以下，说明理论计算与实际参数基本相符，结果可靠。

图11 实测成桥标高与理论值比较

4 结论

文章通过对连续梁桥支架法施工力学行为进行分析，得到了如下结论：（1）温度变化对主梁跨中变形影响明显，仅梯度升温作用下跨中位移变化2cm，其中温度梯度较系统温度影响大，且梯度升温和系统升温均对相应降温影响大；（2）成桥阶段主梁最不利工况作用下跨中挠度为5.75cm，主梁易出现拉应力，支架贝雷梁跨度为9000mm时满足强度要求前提下跨中挠度达到10.6mm；（3）考虑主梁满足成桥状态需要设计预拱度，同时考虑支架变形等施工预拱度，监测结果显示成桥线形良好，合拢精度在2cm以下。