不同跨径铁路连续梁桥悬臂施工线形对比分析研究

刘龙，张振伟，马兴鹏，于赛赛，吕昊文

(1.安阳工学院，河南 安阳 455000；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司；3.重庆交通大学)

随着中国交通事业的快速发展，铁路已成为连接中国各地区的重要交通工具，连续梁桥是铁路工程中最常采用的桥型之一，而对于该桥型而言，悬臂浇筑法经常成为最佳的施工方法。该方法相对满堂支架而言有诸多优点，但由于其施工的复杂性，施工过程中需进行多次体系转换，因而要使其成桥后线形和内力符合设计和使用要求，就必须对施工过程中高程甚至内力进行控制，这也是施工监控量测的主要工作。

为了让连续梁桥悬臂施工控制技术实现信息化，并提升设计人员和现场监控量测人员对线形控制的认识，对不同跨径的连续梁桥线形进行对比研究具有重要意义。该文依托深圳至茂名铁路工程中的(32+48+32)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m4种不同跨径组合连续梁施工监控项目，采用Midas有限元软件对其分别进行施工过程模拟，分别从活载挠度、收缩徐变挠度、施工预拱度、实测值与理论值高程对比4个方面探讨其变化规律。

1 工程概况

① 深圳茂名铁路漠阳江特大桥上部结构为(32+48+32)m预应力混凝土连续箱梁(双线)，桥面宽12.6 m，主梁为单箱单室变截面预应力混凝土连续梁，中支点处梁高3.4 m，端部及跨中梁高2.8 m；② 那龙河2#特大桥1#连续梁上部结构为(40+64+40)m预应力混凝土连续箱梁(双线)，桥面宽12.6 m，主梁为单箱单室变截面预应力混凝土连续梁，中支点处梁高5.2 m，端部及跨中梁高2.8 m；③ 西部沿海特大桥连续梁上部结构为(48+80+48)m预应力混凝土连续箱梁(双线)，桥面宽12.2 m，主梁为单箱单室变截面预应力混凝土连续梁，中支点处梁高6.4 m，端部及跨中梁高3.8 m；④ 那龙河2#特大桥2#连续梁上部结构为(60+100+60)m预应力混凝土连续箱梁(双线)，桥面宽12.6 m，主梁为单箱单室变截面预应力混凝土连续梁，中支点处梁高7.291 m，端部及跨中梁高4.591 m。

2 有限元模型建立

依据4座连续梁桥的施工图建立有限元模型如图1所示。模拟施工过程考虑的因素有结构自重、材料收缩徐变、温度变化、支撑体系、施工荷载等。

图1 连续梁桥有限元模型

3 梁体变形对比分析

3.1 活载挠度结果

连续梁桥设计车速200 km/h，竖向荷载采用ZK标准活载，如图2所示。

图2 ZK标准活载(长度单位：m)

图3为4座连续梁桥活载挠度图。

图3 连续梁桥活载挠度曲线

由图3可知：各连续梁中跨的挠度弯曲度远比边跨挠度大，且跨径越大，相应的中跨挠度值越大。根据活荷载下分析的挠度值，①号连续梁桥边跨下挠5.36 mm，中跨下挠13.68 mm，中跨挠度是边跨的2.55倍，中跨挠度是跨径的1/3 509；②号连续梁桥边跨下挠8.99 mm，中跨下挠25.08 mm，中跨挠度是边跨的2.78倍，中跨挠度是跨径的1/2 552；③号连续梁桥边跨下挠7.34 mm，中跨下挠23.69 mm，中跨挠度是边跨的3.22倍，中跨挠度是跨径的1/3 377；④号连续梁桥边跨下挠11.22 mm，中跨下挠37.23 mm，中跨挠度是边跨挠度的3.31倍，中跨挠度是跨径的1/2 686。

由此得出4座连续梁桥的中跨活载挠度是边跨的2.5～4.0倍，是跨径的 1/2 500～1/3 500。

3.2 收缩徐变挠度的对比结果

收缩徐变是混凝土类材料对环境以及应力变化做出的反应，影响收缩徐变的因素很多，如混凝土强度种类、养护龄期、环境温度湿度等。图4为4座连续梁桥成桥时与成桥20年后收缩徐变挠度变化图(收缩徐变采用JTG D62-2004《公路桥涵设计通用规范》公式进行计算)。

由图4可知：①号连续梁桥成桥时边跨收缩徐变最大挠度为3.97 mm，中跨为5.67 mm；20年后边跨收缩徐变最大挠度为6.56 mm，中跨为4.59 mm；②号连续梁桥成桥时边跨收缩徐变最大挠度为10.08 mm，中跨为10.60 mm；20年后边跨收缩徐变最大挠度为14.51 mm，中跨为16.95 mm；③号连续梁桥成桥后边跨收缩徐变最大挠度为6.00 mm，中跨为10.96 mm；20年后边跨收缩徐变最大挠度为8.15 mm，中跨为18.83 mm；④号连续梁桥成桥时边跨收缩徐变最大挠度为11.33 mm，中跨为9.66 mm，20年后边跨收缩徐变最大挠度为15.06 mm，中跨为11.64 mm。

收缩徐变对桥梁的挠度变化有影响，但并未根据跨径变化呈现规律性。

3.3 施工预拱度结果

施工预拱度设置考虑梁体自重、施工荷载、混凝土收缩徐变及列车活载影响，采用预拱度计算公式为：恒载绝对值+0.5×活载绝对值。图5为4座连续梁桥的施工预拱度图。

图4 连续梁桥收缩徐变挠度

图5 连续梁桥施工预拱度曲线

由图5可知:4座连续梁桥的施工预拱度随着跨径的增大而逐渐变大。①号桥边跨的最大施工预拱度为12.07 mm，中跨为19.76 mm；②号桥边跨的最大施工预拱度为16.29 mm，中跨为27.60 mm；③号桥边跨最大施工预拱度为17.49 mm，中跨为34.48 mm；④号桥边跨最大施工预拱度为27.00 mm，中跨为50.15 mm。

考虑由于桥梁自重以及预应力钢束位置、数量的影响，不同跨径连续梁桥也会存在不同的变形数值。所述4座连续梁中跨跨中最大施工预拱度在19～51 mm之间，相比公路桥梁施工预拱度较小。

4 梁体变形实测值与理论值对比分析

为验证所建立有限元模型的正确性与真实性，特对①～④号连续梁桥实测高程与理论高程进行对比分析。由于4座连续梁桥实浊高程与理论高程相差较小，为了更清晰地反映出实测高程与理论高程的差别，给出图6相对高程差(实测高程-理论高程)进行直观分析。

由图6可以看出：①～④号连续梁桥实测高程与理论高程随里程的变化相差不大，反映出施工期间线形控制的精确性。同时由计算数据可得：①号连续梁桥实测高程与理论高程差主要集中在5～10 mm之间，最大差值为15 mm；②号连续梁桥实测高程与理论高程差集中在10～15 mm之间，最大差值为19 mm；③号连续梁桥实测高程与理论高程差集中在5～15 mm之间，最大差值为16 mm；④号连续梁桥实测高程与理论高程差集中在5～15 mm之间，最大误差为19 mm。

图6 实测高程与理论高程差

笔者建议，为控制合龙段施工误差，需保证更加精确地将合龙时间选择在温差较小时段，将进一步减小实测高程与理论高程的差值。

5 结论

以4座连续梁桥为工程背景，建立有限元计算模型，并对其活载挠度、施工预拱度、梁体收缩徐变挠度、实测与理论高程差进行分析，得到以下结论：

(1)4座连续梁桥由活载引起的挠度较小，在12～38 mm范围内，中跨活载挠度是边跨活载挠度的2.5～4.0倍，是跨径的1/2 500～1/3 500。

(2)4座连续梁桥的边跨最大施工挠度在12～27 mm范围，中跨最大施工预拱度在19～50 mm范围内。

(3)受混凝土收缩徐变的影响，连续梁桥成桥时边跨收缩徐变最大挠度为3.50～11.33 mm，中跨为5.50～11.00 mm；20年后边跨收缩徐变最大挠度为6.50～11.50 mm，中跨为4.5～20.00 mm。

(4)梁体实测高程与理论值相差较小，4座桥的实测高程与理论差集中在5～15 mm之间，最大差值为19 mm，满足施工要求。