大跨度连续刚构桥施工预拱度计算的优化分析

邢礼荣 孙亚刚 匡虹桥 任润田 王 彬

(西安市政设计研究院有限责任公司,陕西 西安 710068)

大跨度连续刚构桥施工预拱度计算的优化分析

邢礼荣 孙亚刚 匡虹桥 任润田 王 彬

(西安市政设计研究院有限责任公司,陕西 西安 710068)

以紫阳汉江特大桥主桥为例，分析了悬臂浇筑时预拱度需要考虑的因素与影响线形的误差因素，通过对两种施工预拱度的计算分析方法进行对比分析，得出了优化的施工预拱度计算方法。

连续刚构桥，悬臂浇筑，预拱度，挂篮

0 引言

随着桥梁建设的发展和预应力技术的提高，预应力混凝土连续刚构桥作为一种大跨度桥型，得到广泛的应用。为保证连续刚构桥梁的成桥线形与设计很好的吻合，以及结构在施工过程中的安全，施工监控受到越来越多的重视。预拱度值的计算是施工监控工作的一项核心内容，准确的预拱度值对全桥的顺利合龙和成桥后的线形有很重要的影响。本文结合紫阳汉江特大桥，着重分析施工预拱度的计算分析方法。通过对比分析，优化了施工预拱度中挂篮和湿重的分析方法。

1 工程概况

紫阳汉江特大桥是包头至茂名高速公路陕西境安康至陕川界段上的一座特大型桥梁，桥梁全长为2 107.0 m，最大桥高109 m。主桥为(95+2×170+95)m预应力混凝土变截面连续刚构桥，最大墩高72.4 m(51号墩)。主桥箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，箱梁顶板宽12 m，底板宽6.5 m，腹板厚0.45 m，0.65 m，底板厚为0.3 m～1.0 m；箱梁根部梁高10.6 m，跨中梁高3.6 m。箱梁底曲线按1.8次抛物线变化，箱梁内除0号块和箱梁端部设横隔板外，其余部位均不设横隔板。桥面铺装为8 cm钢筋混凝土和11 cm沥青混凝土。顶板预应力束、腹板、跨中底板预应力束采用21Φs15.2钢绞线，边跨合龙预应力束采用25Φs15.2，边跨底板预应力束采用19Φs15.2。主桥墩顶上的0号块在托架上现浇，1号～22号梁段在挂篮上，悬臂浇筑。合龙顺序采用先边跨合龙再中跨合龙。紫阳汉江特大桥成桥后效果见图1。

2 悬臂浇筑时预拱度需要考虑的因素与影响线形的误差因素分析

连续刚构预拱度分为施工预拱度和成桥预拱度，设置施工预拱度主要是为了消除施工过程中各种荷载对成桥线形的影响，设置成桥预拱度主要是为了消除后期运营过程中后期收缩、徐变、后期预应力损失及汽车荷载对桥面线形的影响。

采用挂篮悬臂浇筑的连续刚构桥在设置施工预拱度时一般应考虑表1所列因素的影响。

表1 连续刚构桥施工预拱度的主要影响因素

根据已建成桥梁的监控分析，影响悬臂浇筑刚构桥线形的主要因素包括：施工预拱度计算分析误差、测量的误差、挂篮变形值的误差。

施工预拱度值的计算是通过模型计算分析，采用不同的计算软件，分析的计算结果有一定的差异。即使采用同一个软件进行分析，由于采用不同的计算分析过程，计算结果也会有较大的差异。因此采用正确的计算分析方法成为施工预拱度计算准确的重要因素，本文将进行重点研究分析。

3 挂篮与湿重对预拱度值的误差影响分析及优化方法

以往对挂篮分析，都是采取在每一施工阶段激活挂篮、湿重荷载，然后在下一阶段钝化挂篮、湿重荷载进行分析。该种分析方法在进行模型计算时，有一个与实际结构变形不一致的地方。为说明此问题，以悬臂浇筑15号块为例，进行详细分析。

目前，常用的悬臂浇筑时的计算图示如图2所示。

计算公式如下：

式中：G，S——挂篮自重和梁段湿重; gi,si——挂篮自重和梁段湿重作用在挂篮前支点产生的对主梁的作用力;

lg,ls——挂篮和在挂篮上浇筑梁段的中心至挂篮前支点的距离;

L——挂篮前支点至后锚点的距离。

为了解决上述问题，求得准确的施工预拱度，在进行预拱度有限元阶段分析时，可简化挂篮与湿重激活钝化的模拟过程。即一个施工阶段过程为：激活单元、张拉预应力钢束两个步骤，如此循环直至悬臂浇筑至最大悬臂段，但为了考虑挂篮对挠度的不利影响，在最大悬臂端结构合龙前加上挂篮自重作用力。

4 紫阳汉江特大桥施工预拱度计算

应用以上两种计算分析方法，基于相同的技术参数及材料性能对紫阳汉江特大桥进行对比分析。

桥梁结构分析采用MIDAS/CIVIL建模分析，模拟桥梁悬臂浇筑施工。3个T构墩梁固结，对称悬浇至最大悬臂，先边跨合龙，最后中跨同时合龙。全桥共分270个单元，其中1～168为主梁单元，169～270为主墩单元。计算模型如图3所示。

采用在每一施工阶段激活挂篮、湿重荷载，然后在下一阶段钝化挂篮、湿重荷载进行分析，施工预拱度计算结果如图4所示。

在进行预拱度设置阶段分析时，不考虑挂篮与湿重的激活钝化过程。但为了考虑挂篮的不利影响，在最大悬臂端加上挂篮自重作用力分析时，施工预拱度计算的结果如图5所示。

优化后分析方法得出的施工预拱度减去优化前分析方法得出的施工预拱度对比分析如图6所示。

通过对比和分析，优化前分析方法最大施工预拱度值为4.8 cm，而使用优化后的分析方法，最大施工预拱度为12.8 cm，相差了8 cm；而且在最后合龙段同一节点施工预拱度值相差12 cm；其他各节点，优化前的分析方法计算出的施工预拱度值普遍比优化后的分析方法小，而且随着悬臂长度的增大，差值也在增加，详细情况如图6所示。

实际施工控制过程印证了优化后的计算方法的正确性，紫阳汉江特大桥于2010年12月主桥顺利合龙，线形优美，如图7所示。

5 结语

本文得出以下结论：以紫阳汉江特大桥为例通过对两种施工预拱度的计算分析方法进行对比分析，结合施工过程结构实际的变形情况，得出了优化的施工预拱度计算方法从而计算出更加准确的施工预拱度值，对该桥的顺利合龙和合龙后的优美线形起到了一定的积极作用。

[1] 牛和恩.虎门大桥工程(第3册)[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2] 徐君兰,项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4] 马保林,李子青.高墩大跨度连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5] 刘刚亮,王中文.虎门大桥辅航道270 m连续刚构桥悬臂施工控制[J].桥梁建设,2001(9)：11-17.

Optimization analysis of the construction precamber for long-span PC continuous rigid frame bridges

Xing Lirong Sun Yagang Kuang Hongqiao Ren Runtian Wang Bin

(Xi’anMunicipalDesignInstituteCo.,Ltd，Xi’an710068,China)

Taking Ziyang Hanjiang bridge as an example, this paper analyzes the precamber when the cantilever casting factors to be considered and the error factors of linear. Through the comparison of the two kinds of calculation and analysis method of prearch degree, the method of optimizing the construction precamber is obtained.

continuous rigid frame bridges, cost-in-cantilever, precamber, hanging basket

1009-6825(2015)32-0153-03

2015-09-06

邢礼荣(1983- )，男，工程师

U445

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