拱梁组合体系桥梁“三角区”施工过程的仿真分析及优化＊

芶 洁

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

1 工程概况

图1 主桥桥型布置图

本研究分析对象为一座拱梁组合体系桥梁，跨径布置为90m＋150m＋90m，如图1所示。主桥全长330m，桥宽33m，主梁采用C55双箱单室变截面箱梁。箱梁单“T”共分15段悬臂浇筑，0＃梁段长34m，两主墩均为半径为R＝100m的曲线V撑，V撑双肢下端中心距离为5m，V撑双肢上端中心距离为23m，V撑为采用实体截面，撑体厚160cm，横向宽800cm，撑体底部6m长范围厚度由160cm变为240cm，撑顶部2m长范围厚度由160cm变为400cm的加厚过渡。曲线V撑沿曲线设置纵向预应力。纵向预应力束根据张拉的时间不同分为长束和短束，短束在V撑浇筑过程中进行张拉，长束在上部0＃块浇筑完形成“三角区”后进行张拉。

2 “三角区”施工方案

“三角区”包括V型桥墩（如图2）和0＃号块（如图3），其施工方案如下所示：V型桥墩施工采用支架现浇方案，施工中采用分段浇筑方案，每段浇筑长度为4m左右，施工步骤如下：（1）承台施工时预埋劲性骨架定位节点板；（2）安装第一节型钢骨架和第一根临时拉杆；（3）浇筑台座混凝土；（4）绑扎普通钢筋，利用对拉螺栓固定模板位置；（5）浇筑撑体第一节混凝土4m长；（6）安装第二节型钢骨架和第二根临时拉杆；（7）绑扎撑体普通钢筋，利用对拉螺栓固定模板位置；（8）浇筑撑体第二节混凝土4m长，张拉V撑短索预应力；（9）对于撑体第三、四、五节段进行施工，重复步骤（5）～（7）；（10）安装第六节型钢骨架和第六根临时拉杆；（11）绑扎撑体普通钢筋；（12）浇筑撑体第六段混凝土；（13）浇筑上部箱梁0＃段，张拉上部箱梁0＃段预应力钢筋、V撑长索预应力后，再拆除第一至第五根临时拉杆，第六根拉杆埋在混凝土中不予拆除。

主桥墩顶0＃块采用与V型墩身固结连接，0＃块设计长度为34m，两端设计有长4．23m的横隔梁，单个0＃块混凝土方量约1200m3左右。0＃块混凝土浇筑拟分两次浇筑，第一次浇筑总高度约3．50m、混凝土数量约594．00m3，第二次浇筑高度2．80m、混凝土数量约580．00m3，连续梁0＃块采用钢管支架现浇施工工艺，支架结构设计与V型墩柱施工支架统一考虑，根据设计文件要求，0＃块支架需在悬浇完成到4＃块以后方可拆除。

图2 V型桥墩劲性骨架及临时拉杆示意图

图3 0＃块支架示意图

3 “三角区”施工过程受力分析

对主桥的V型桥墩及主梁0＃块建立了有限元模型（如图4），并按照施工过程对V型桥墩进行仿真分析。在V型桥墩施工过程中一个设置6道临时拉杆，原施工方案是在0＃块施工完毕后拆除，通过分析发现，在V型墩第6节施工时，如果不拆除临时拉杆，V墩的最大拉应力达到2．6Mpa，由图5所示，由于最大拉应力超过C50混凝土的抗拉强度设计值1．83MPa，因此将对施工工程进行优化，减小最大拉应力。

图4 0＃块有限元模型图

图5 V墩上缘应力图（不拆除拉杆）

图6 0＃块上缘应力图（无临时预应力）

对主梁0＃块进行仿真分析后发现，在浇筑0＃块第二层混凝土时，第一层混凝土墩顶处会产生负弯矩，导致该区域上缘出现拉应力。

由图6所示，在0＃块第二层施工时，0＃块位于墩顶处负弯矩区的上缘最大拉应力达到4．6Mpa，超过C50混凝土的抗拉强度设计值1．83MPa，因此将对施工工程进行优化，减小最大拉应力。

4 “三角区”施工方案优化分析

在V型桥墩施工过程中一个设置6道临时拉杆，原方案是在0＃块施工完毕后拆除，通过分析发现，提前拆除1－4号临时拉杆可以减小V墩的应力，优化前后的V墩施工方案见图7。

由图8可见，在V型墩第6节施工时，如果拆除1－4＃临时拉杆，V墩的最大拉应力可以减小到1．8Mpa，相对于原方案中的V墩最大拉应力2．6Mpa，将拉应力峰值减小了30%，且小于C50混凝土的抗拉强度设计值1．83MPa，保证了V墩施工过程的安全性。

图7 V墩施工方案优化示意图

图8 V墩上缘应力图（拆除1－4拉杆）

对主梁0＃块进行仿真分析后发现，在浇筑0＃块第二层混凝土时，第一层混凝土墩上缘拉应力过大。根据计算结果，建议设计方在0＃块第一层加设临时预应力束，临时预应力束布置示意图见图9。

图9 0＃块临时预应力示意图

由图10可以发现，在0＃块第二层施工时，如果加设临时预应力束，0＃块墩顶处负弯矩区的上缘最大拉应力可以减小到0．6Mpa，相对于原方案中的V墩最大拉应力4．6Mpa，将拉应力峰值减小了86%，且小于C50混凝土的抗拉强度设计值1．83MPa，保证了0＃块施工过程的安全性。

图10 0＃块上缘应力图（有临时预应力）

5 结语

通过对本桥“三角区”位的施工过程的仿真分析，找出了施工过程中结构的应力峰值超限区域，并提出了相应的措施来减小这些部位施工过程中的应力峰值，通过这些措施对初拟的施工方案进一步优化，改善了“三角区”的受力性能，提高了结构整体的安全和使用性能，对同类桥梁的施工具有一定的指导意义。

［1］孙树明．浅谈连续拱梁组合体系桥梁施工工艺［J］．建筑知识，2012，（5）：250－251．

［2］陈朝慰．拱梁组合体系桥梁施工过程受力分析［J］．福建交通科技，2011，（4）：46－49．