连续刚构桥梁一次性合龙关键技术研究

苑 辉，杜孟翔

(昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明 650500)

0 引言

连续刚构桥大多采用挂篮悬浇分段逐步施工，此过程要经历一个长期复杂的施工阶段，传统的合龙顺序是先边跨后中跨，经历多次体系转换，合龙的顺序会影响结构中的最终恒载内力，施工顺序不同，初始恒载内力不同，因此选择正确的合龙顺序至关重要。

赵静提出根据不同温度、不同配重及顶推力，研究连续刚构桥合龙方案；林新元等基于三跨连续刚构桥一次性合龙的研究，对逐跨合龙及一次性合龙内力、挠度及成桥后影响进行分析，证明一次性合龙的可行性；李凯乐等基于多跨连续刚构桥合龙优化分析，提出对连续刚构桥因桥梁实际条件的差异性，合龙方案应根据实际情况而定。

本文以某在建高速公路4跨跨径(80+150+150+80)m连续刚构桥为研究对象，采用MIDAS Civil有限元分析软件对该连续刚构桥按逐跨合龙和一次性合龙分别建立模型进行分析，对比在不同合龙顺序下主梁线形、主梁应力及桥墩受力影响。

1 工程概况

1.1 桥梁设计参数

某大桥主桥上部结构为(80+150+150+80)m的4跨预应力混凝土连续刚构桥，主梁为单箱单室箱形截面，箱梁根部高9m，跨中部梁高3.5m，箱梁高度由距墩中心6.0m处到合龙段处按1.8次抛物线变化(见图1)。箱梁顶板宽12.125m、底板宽6.5m，翼缘板悬臂长2.812 5m，箱梁除0号块及现浇段外，其余梁段均采用悬臂浇筑法施工。桥墩为双肢薄壁空心墩，横桥向宽6.5m，顺桥向宽3.5m，设计荷载为公路-Ⅰ级。

图1 主桥总体布置(单位：cm)

1.2 合龙方案介绍

合龙方案Ⅰ为边中跨同时一次性合龙；合龙方案Ⅱ为逐跨合龙，先边跨后中跨逐跨合龙。

2 不同合龙方案受力分析

2.1 有限元模型建立

本桥设计采用方案Ⅱ合龙顺序施工，但由于工期紧，现场采用方案Ⅰ合龙施工可大大缩短工期，且使得主梁的受力情况更均匀，悬臂施工时更易控制挠度，体系转换次数减少，可使内力变化更趋稳定。采用桥梁分析软件MIDAS Civil依据设计图纸分别对2种合龙顺序进行建模分析；根据结构计算模型、边界条件等必须与实际结构相一致，本文将该大桥划分为773个结点、735个梁单元。结构有限元计算模型如图2所示。

图2 主桥有限元分析模型

2.2 成桥状态主梁内力影响

本文对该桥在2种不同合龙顺序下的主梁应力进行了比较分析，不同合龙顺序下主梁截面的上、下缘应力计算结果如图3及表1所示，其中符号规定：拉应力为正，压应力为负。

由图3和表1可看出，成桥阶段时，该桥的主梁上缘在先边跨后中跨合龙顺序时的最大压应力为-12.7MPa，在同时合龙顺序时的最大压应力为-12.9MPa，前者比后者小0.2MPa；主梁下缘在先边跨后中跨合龙顺序时的最大应力为-10.2MPa，在同时合龙顺序时的最大压应力为-10.2MPa。由上述分析可知，在成桥阶段时，不同的合龙顺序对主梁应力影响较小，最大差值为0.29MPa且最大差值百分比<5%。

表1 成桥阶段主梁应力对比 MPa

图3 成桥阶段主梁上、下缘应力(单位：MPa)

3 不同合龙方案对主梁线形分析

对该桥在2种不同合龙顺序下的主梁线形进行比较分析，不同合龙施工顺序下成桥阶段主梁线形计算结果如图4表2所示，其中符号规定：位移以竖直向上为正，竖直向下为负。

图4 成桥阶段主梁竖向位移

表2 成桥阶段主梁竖向位移对比 mm

由图4和表2可看出，成桥阶段时，该桥在先边跨后中跨合龙时的最大竖向位移为-57.25mm，在同时合龙时的最大竖向位移为-56.21mm，发生在右边跨3/4附近。前者比后者大1.04mm；左边跨跨中、左中跨跨中、右中跨跨中和右边跨跨中的竖向位移在2种合龙方案下相差分别为1.01，10.84，10.75，0.77mm。由以上图表及分析可知，在成桥阶段，不同的合龙顺序对主梁的线形有一定影响，且对主梁边跨影响较小，对主梁中跨跨中影响较大，最大相差10.84mm。

4 施加顶推力对桥墩受力影响

采用桥梁结构专业分析软件MIDAS Civil分别对该桥边、中跨同时合龙及先边跨后中跨合龙建立全桥模型，经计算得边、中跨同时合龙采用900kN的合理合龙顶推力，先边跨后中跨合龙采用1 000kN的合理合龙顶推力，通过计算分析得到2种不同合龙顺序下对主梁应力和线形及桥墩受力的影响。对该桥在2种不同合龙顺序下的桥墩受力进行了比较分析，不同合龙施工顺序下成桥阶段墩顶水平位移、弯矩及应力计算结果如表3～6所示。

由表3～6可看出：

表3 成桥阶段墩顶水平位移值比较

表4 成桥阶段桥墩弯矩值比较

表5 成桥阶段墩顶应力值比较

表6 成桥阶段墩底应力值比较

1)成桥阶段的墩顶水平位移先边跨后中跨合龙比同时合龙普遍较小，相差14.79%～84.78%；墩顶弯矩先边跨后中跨合龙小于同时合龙，相差9.52%～55.44%，最大差值为872.2kN·m，墩底弯矩在先边跨后中跨合龙和同时合龙2种不同合龙顺序下相差17.58%～28.30%，最大差值为1 244.48kN·m。由以上得出，采用先边跨后中跨合龙与同时合龙2种不同合龙方式对墩顶水平位移和弯矩产生的变化都较大。

2)由成桥阶段桥墩应力计算结果可知，2种不同合龙顺序对桥墩墩顶和墩底的应力值影响较小，差值均在4%以内；各墩最大应力值均位于墩底，先边跨后中跨合龙时最大压应力为7.84MPa，同时合龙时最大压应力为7.79MPa，均位于9号墩左墩底，且均满足规范要求。

5 结语

1)通过分析在成桥状态下的主梁上、下缘应力可知，边中跨同时合龙和先边跨后中跨合龙2种合龙顺序对主梁应力的影响较小，差值均在5%以内，且多跨一次合龙方案较逐跨合龙方案的主梁应力均匀。

2)通过分析在成桥状态下的主梁线形可知，对于不同合龙方案，主梁的竖向位移有所不同，且一次合龙方案相对于逐跨合龙方案的位移较小，在悬臂施工中更有利于对施工预拱度的设置，更好地对主梁线形进行监控。

3)通过分析在成桥工况下的桥墩受力可知，边、中跨同时合龙和先边跨后中跨合龙2种合龙顺序对桥墩墩顶水平位移和弯矩的影响较大，桥墩墩顶弯矩最大相差55.44%，最大差值872.2kN·m，墩底弯矩最大相差28.30%，最大差值为1 244.48kN·m；2种不同合龙顺序对桥墩应力影响较小，差值均在4%以内，且应力满足规范要求。

综上所述，一次性合龙有以下优点：主梁受力更均匀；悬臂施工T构预拱度更易控制；不会提高施工设备的要求，缩短工期、加快施工进度，间接降低施工成本；体系转换次数也减少。