官渡河特大桥合龙顶推力设计研究★

何 利 康 玲 李 胜

(1.四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041； 2.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041； 3.四川交通职业技术学院，四川 成都 611130)

1 概述

连续刚构在成桥后属于多次超静定结构，混凝土收缩徐变和温度变化所引起的结构纵向位移将在墩底产生较大的次弯矩，此外，施工中的体系转换等也会使墩底产生较大的附加弯矩，且桥墩刚度越大、主梁跨度越大，次弯矩和附加弯矩越大[1-3]。为减小结构超静定引起的弯矩，一般采用顶推工艺[4,5]，即通过对合龙段梁端施加水平预顶力使桥墩反向预偏，以消除附加弯矩及部分成桥次内力，合龙顶推力的大小需要通过计算确定。

2 工程背景

江津(渝黔界)经习水至古蔺(黔川界)高速公路官渡河特大桥主桥采用(100+190+100)m预应力混凝土连续刚构桥，上部结构采用预应力混凝土箱梁，单箱单室截面三向预应力体系。主墩采用变截面空心墩，墩高123 m，纵桥向宽10 m，横桥向由墩顶6.7 m向下按80∶1的坡比变化。墩身上端与箱梁0号节段固结，下端与承台固结，结构形式如图1所示。本桥采用悬臂浇筑法施工，先在托架上浇筑0号梁段，再采用挂篮悬臂浇筑悬臂梁段，而后依次进行边跨、中跨合龙。

3 合龙顶推力研究

3.1 计算工况

本桥的桥墩较高，抗推刚度较低，由结构超静定引起的次内力减小，因此本桥顶推力的设计计算分别采用以下两种工况进行对比分析[6]：

工况Ⅰ：中跨合龙前在合龙口向外施加1 500 kN顶推力；

工况Ⅱ：不施加顶推力。

3.2 作用效应对比

结构分析采用MIDAS CIVIL有限元计算软件。按《公路桥涵设计通用规范》进行短期和长期效应组合。考虑均匀温度和梯度温度同时作用为结构最不利状态，效应组合定为恒载+收缩徐变+降温+汽车(降温组合)和恒载+收缩徐变+升温+汽车(升温组合)。

3.2.1工况Ⅰ、工况Ⅱ墩身内力的对比

成桥状态，工况Ⅰ、工况Ⅱ桥墩控制截面在不同荷载作用时短期、长期效应组合下的弯矩分别见表1，表2，桥墩在长期效应组合时墩底弯矩包络见图2，图3。

表1 工况Ⅰ成桥状态下墩身控制截面弯矩

表2 工况Ⅱ成桥状态下墩身控制截面弯矩

由表1,表2可知：

1)将合龙温度控制在合理范围，成桥后均匀升温和降温绝对值基本一致，均匀温度产生的墩底弯矩大小几乎相等方向相反。

2)恒载作用下桥墩的效应最大，顶推力的施加，只影响恒载作用引起的附加内力，对其他作用次内力并无影响。

3)不施加顶推力，墩底弯矩由190 251 kN·m减少到59 347 kN·m，墩底弯矩绝对值的差值比施加顶推力时更小。

由图2，图3可知：

1)成桥阶段墩底靠近跨中一侧受拉，作用组合弯矩方向与顶推作用弯矩方向一致，顶推1 500 kN合龙不利于桥墩受力。

2)取消顶推力后桥墩整体弯矩比顶推合龙时小，且墩底正负弯矩大小基本一致，截面可采用对称配筋，有效提高截面利用率，不施加顶推力合龙更为合理。

3.2.2工况Ⅰ、工况Ⅱ墩身变形的对比成桥状态，工况Ⅰ、工况Ⅱ墩身控制截面变形在不同荷载作用时短期、长期效应组合的响应分别如表3，表4所示。

表3 工况Ⅰ成桥状态下墩身控制截面位移

表4 工况Ⅱ成桥状态下墩身控制截面位移

由表3，表4可知：墩顶位移的规律与墩底弯矩类似，不施加顶推力时墩顶位移绝对值的差值比施加顶推力时更小。

4 结语

通过上述分析，对于官渡河特大桥，按正常悬臂浇筑采用不顶推合龙，桥墩整体弯矩比顶推合龙时小，且墩底正负弯矩大小基本一致，截面可采用对称配筋，有效提高截面利用率，不施加顶推力合龙更为合理。对于类似的三跨连续刚构，如果墩高较高，桥墩抗推刚度低，不顶推合龙后结构也能到达合理的成桥状态时，也可采用中跨不顶推合龙方案。