合龙次序对成桥状态的影响分析

胡 伟， 胡 成， 李亚飞， 李 辉

（合肥工业大学 土木与水利工程学院，合肥 230009）

0 引 言

预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等优点而成为最具有竞争力的主要桥型之一［1］。大中跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工，即采用逐段平衡悬臂浇筑，先形成T构，再逐跨合龙，逐跨释放临时固结，完成体系转换，最终形成预应力混凝土连续梁桥［2－3］。在悬臂施工期间，由于其施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，其中合龙段施工是预应力连续梁桥施工和体系转换的重要环节，合龙次序及解除临时固结时机对全桥结构和整体线形会产生明显的影响，本文以一座63m＋100m＋63m的预应力混凝土连续箱梁桥为例，针对不同合龙次序及解除临时固结时机，分析其桥梁的内力和线形的影响。

1 工程概况

九华河大桥位于安徽省池州市江南集中区境内，主桥全长226m，跨径布置为63m＋100m＋63m（图1）。主桥结构形式为变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁为单箱双室截面，桥面宽度22．5m，底板宽15m，箱梁根部中心线处箱梁高5．9m，跨中箱梁高2．7m，梁高以二次抛物线变化，顶板厚0．28m，腹板厚0．5～0．8m，底板厚0．3～1．4m，桥面横坡1．5%。

图1 主桥总体布置图（单位：m）

箱梁0号及1梁块长12m（包括墩两侧各向外伸4m），每个T构纵向划分为12个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分为5×3m，7×4m，累计悬臂总长43m。箱梁0号及1号块利用墩身预埋钢托架施工，2～13梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，全桥共有3个合龙段，长度均为2m，边跨现浇段长11．92m。

2 计算模型

利用桥梁通用有限元软件 Midas／Civil 2010［4］，按照施工顺序分阶段建立有限元计算模型。全桥以左端桥面中心为原点，沿纵桥向为X轴，横桥向为Y轴，竖直向上为Z轴建立直角坐标系；全桥采用空间梁单元进行模拟，根据悬臂施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为72个单元，113个节点；按照施工顺序、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变模拟结构的受力情况和变形特性；该桥的主墩与主梁之间采用支座连接，支座与主梁之间采用弹性连接；考虑的荷载工况有自重、二期恒载、预应力荷载、挂篮荷载、温度荷载、移动荷载。计算模型如图2、图3所示:

图2 有限元计算模型图

设计施工流程为:

（1）0号、1号块现浇段施工（托架浇筑）。

（2）拆除托架，安装挂篮。

（3）2号～13号块悬臂施工。

（4）拆除挂篮，浇筑边跨现浇段（支架浇筑）。

（5）合龙段施工及解除临时固结。

（6）二期恒载加载。

3 合龙方案

合龙段施工是连续梁桥施工和体系转换的重要环节。不同的合龙次序对桥梁线形及应力影响较大，解除临时固结作为体系转换的重要一环，其时间选择显得尤为重要。比较方案见表1。

表1 合龙次序及解除临时固结方案表

4 不同方案对桥梁挠度、应力影响

4．1 挠度影响

4．1．1 全桥挠度变化

根据有限元计算结果可知，三种方案成桥阶段主梁挠度变化趋势比较一致，边跨的挠度值相差不大，而在中跨的13号块前端截面挠度变化最大相差23mm。其中挠度最大值为方案3的66．3mm，最小值为方案1的44．0mm。各方案挠度变化比较见图4。

图4 各方案成桥阶段挠度比较图

4．1．2 中跨13号块挠度变化

从图5中以看出，不同的合龙次序对合龙口处的挠度有一定的影响。采用方案1时，跨中悬臂端竖向挠度值较小，变化幅度也比较小，表明悬臂端在合龙施工过程中挠度幅度较小，更加容易进行梁体的线形控制。

图5 各方案中跨13号块前端截面累积挠度变化图

4．2 应力影响

三种方案的计算结果均满足规范对施工应力、短期效应和长期效应不大于允许应力的要求［7］。

4．2．1 成桥状态下应力变化

由图6、图7可以发现，方案1和方案2在主桥成桥阶段产生的应力差别并不大。方案3应力值和前两种方案相差较大，其中在中跨13号块端部，上缘应力的最大差值为0．88MPa，下缘应力的最大差值为1．51MPa。

图6 各方案成桥阶段上缘应力比较图

图7 各方案成桥阶段下缘应力比较图

4．2．2 关键点应力变化

提取成桥状态下的主梁边跨1／2、桥墩、中跨1／2处截面的应力。方案1在上缘应力值比方案3的大，最大差值为0．78MPa；下缘应力值比方案3的小，最大差值为0．50MPa。各方案成桥阶段上下缘应力计算比较见表2、图8、图9。

表2 各方案成桥阶段关键点应力比较表

图8 各方案成桥关键点上缘应力比较图

图9 各方案成桥关键点下缘应力比较图

5 结 语

（1）桥梁合龙是桥梁施工中非常重要的一个环节，合龙次序与解除临时固结时机的不同会对成桥内力和线形状态有较大的影响。因此要求施工单位做好充分准备，严格按设计意图实施合龙程序。

（2）通过3种方案的比较分析可知，于本桥而言先合龙边跨后合龙中跨有其一定的优势，相应的挠度变化比较合理。

阶段施工的连续梁桥作为超静定结构，其施工顺序直接影响到成桥状态和施工的质量控制，在设计和施工时都应该进行合龙次序的比较分析，尽量在满足设计规范要求的前提下选择有利于施工控制的解除临时固结时机与合龙次序。

1 范立础．桥梁工程［M］．北京:人民交通出版社，2001．

2 雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计［M］．北京:人民交通出版社，2000．

3 张继尧．悬臂浇筑预应力混凝土连续桥梁［M］．北京:人民交通出版社，2000

4 MIDAS．土木结构分析手册［M］．北京:北京迈达斯技术有限公司，2005．

5 曹爱虎，胡 成．施工工艺变化对斜拉桥施工监控的影响分析［J］．安徽建筑工业学院学报，2013，21（1）:67－69．

6 钟亚伟．体系转换顺序对多跨连续梁的影响［J］．高速铁路技术，2011，2（6）:63－66．

7 JTG D62－2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］．北京:人民交通出版社，2004．

8 周 鑫，张雪松，向中富．悬臂施工连续梁桥合龙方案的讨论［J］．公路交通技术，2006（4）:96－98．

9 董金堂．大跨度连续梁悬臂施工线形监控与合龙顺序优化［J］．城市道桥与防洪，2012（3）:114－116．