连续刚构桥合拢施工技术研究

王 芸

(陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安710001)

0 引 言

大跨度连续刚构桥因其外形美观、轻巧,桥下行车视线佳,桥面行车平顺等优点成为目前全国各地广泛修建的桥型之一。连续刚构桥是墩梁固结的超静定结构,在环境温度变化时主梁在纵向易发生伸长或缩短的变位,不仅会使主墩产生偏位,在梁、墩中将产生较大的温度应力[1]。

采用悬臂浇筑施工预应力混凝土连续刚构桥进入到主梁合拢段施工后,整体结构将由原来的静定结构体系转换成多次超静定结构体系,温度对其有着极其重要的影响,温度变化将引起结构的次内力。理论和实践表明大跨度预应力混凝土连续刚构桥的温度应力可以达到甚至超过活载应力,并且常常是预应力混凝土桥梁产生裂缝的主要原因[2]。预应力混凝土连续刚构桥合拢段施工的温度应严格控制,避免因此而带来的结构开裂,以减小在施工中给桥梁结构带来较为复杂的内力和位移变化,使连续刚构桥的施工过程更为完善。由于施工进度安排和当地的气候条件改变等原因,预应力混凝土连续刚构桥主梁在合拢期间温度的合理选择就成为合拢段施工的关键技术。因此,预应力混凝土连续刚构桥合拢的施工应加强控制,避免因此而带来的结构开裂及结构次内力。

1 温度对结构影响的分析方法

由于连续刚构墩梁固结,其对温度变化十分敏感,温度应力可以达到甚至超过活载应力。尽管在设计时已经考虑到了施工中可能出现的情况,但是在实际施工过程中由于施工误差,会使实际施工与原设计不符。大跨度连续刚构桥的合拢施工阶段是结构体系转换过程中的重要环节,如果不能控制好结构的合拢施工阶段,便会影响到结构通车后的平整度、伸缩缝等装置的功能[3]。

计算桥梁结构因均匀温度作用引起外加变形或约束变形时,应从结构受到约束时的结构温度作为起点,计算结构最高和最低有效温度的作用效应,对结构的温度效应及使用可靠性进行综合研究,以便合理地进行公路桥梁结构设计,这对于桥梁结构的发展具有十分重要的理论和实际意义。

2 工程实例

某跨径布置为62 m+110 m+62 m的三跨连续刚构桥,上部结构采用C50混凝土,主梁采用单箱单室箱梁截面,梁宽12.5 m,墩顶处梁高6.8m,合拢段梁高2.8 m。下部结构采用C40混凝土,结构左墩墩高56 m,右墩墩高62 m。

采用有限元程序对该桥建立有限元模型,按照施工顺序分阶段建立桥梁计算模型,建模过程中精确模拟结构刚度、质量和边界条件,墩底采用固接形式。该桥采用挂篮分段对称悬臂浇筑,设计合拢温度为10℃。在温度分析中以10℃作为基准温度,分别采用整体升温20℃和整体降温20℃的工况对结构进行温度应力分析计算,得到升温与降温工况下结构的位移响应,结构的位移响应如表1所示。

表1 不同温度工况下的结构位移响应(cm)

由表1中数据可见,在降温工况下结构主梁末端将在顺桥向缩短,因其受到桥墩的约束,在主梁内将产生拉应力。相对的,在升温工况下结构主梁末端在顺桥向则将伸长,而主梁则将产生拉应力。若合拢温度较高,合拢段混凝土随温度降低将会产生收缩,同时,合拢口两端已浇筑的梁体也将会随温度的下降产生收缩,这样合拢段与两端已浇筑梁体产生的裂缝就无法确保合拢段与梁体的整体连接性能。若合拢时温度较低,则随着温度的上升两端已浇筑的梁体将会伸长,使得合拢段过早承受压力、破坏混凝土的内部构造,影响桥梁结构的强度。

3 合拢时应采用的措施

为保证桥梁合拢段的施工质量以及合拢后结构体系能达到设计的受力状态,必须尽量选择合适的合拢温度。然而桥梁施工过程中,实际合拢温度与设计温度往往难以吻合,针对这类情况应采取相应的措施,使得桥梁合拢后成为有效的整体。

对于高温合拢的情况,可采用消除墩顶水平位移的方法来控制[4]。通过计算合拢端的顶推力,按成桥状态来计算结构整体由实际合拢温度下降到设计合拢温度,得到各墩顶的水平位移。并根据所计算的结果,在合拢段对梁体施加水平顶推力,使墩顶产生与合拢温差引起的水平位移值相等的反向位移,以便消除因合拢温差引起的水平位移,同时也部分消除结构附加的温度应力。

对于低温合拢的情况,国内外对混凝土低温施工的情况只要采用适当的施工方法,便可避免新浇筑混凝土的早期浸冻。可采用调整配合比的方法,选择适当的水泥品种、尽量减小水灰比、增加水泥的用量,并掺用引气剂与早强剂。亦可采用蓄热法对原材料进行加热,使混凝土在搅拌、运输和浇筑以后储备热量,并加强对混凝土的保温,使新浇筑的混凝土有足够的强度来保证其抗冻能力[5];或采用外部加热法直接对混凝土进行加热,将热量传给混凝土使其能够正常硬化;或用抗冻剂法使混凝土在负温下水仍处于液态,水化作用能继续进行,从而使强度继续增长。

4 结 语

连续刚构桥采用悬臂浇筑施工,应选择合理的合拢温度进行主梁合拢,尽量避免由于温度变化引起结构过大的次内力。在非设计合拢温度下完成桥梁合拢进行体系转换时,可以通过调整结构的变形来调整合拢时结构的内力。在施工过程中,需要保证合拢温度满足设计要求,而且要保证在合拢前后温度保持相对稳定。梁体内的温度在无日照时相对均匀,桥梁合拢段施工宜选在此时进行,可使桥梁的最终线型达到设计要求。对于实际合拢温度与设计温度不同的情况,也应提出相应的施工对策。

[1]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]刘来君.大跨径桥梁施工控制温度荷载[J].长安大学学报,2003,23(2):61-64.

[3]陈琼宇,张若松,邢维波.预应力混凝土连续刚构桥合拢段施工方法[J].四川建筑,2003,23(4):77-78.

[4]殷灿彬,王解军,唐 灿.连续刚构桥高温合拢顶推力的计算方法研究[J].中南林业科技大学学报,2009,29(1):111-116.

[5]刘海波.大跨度连续刚构桥中跨高温合拢技术[J].铁道建筑,2005,(5):15-17.