悬臂施工多跨连续梁桥合龙方案优化研究

叶再军　周红云　吴学伟

(湖北省交通运输厅工程质量监督局1)　武汉　430014)　(湖北交投鄂东南建设项目群有限公司2)　武汉　430074)　(湖北省交通运输厅随岳高速公路管理处3)　武汉　430052)



悬臂施工多跨连续梁桥合龙方案优化研究

叶再军1)周红云2)吴学伟3)

(湖北省交通运输厅工程质量监督局1)武汉430014)(湖北交投鄂东南建设项目群有限公司2)武汉430074)(湖北省交通运输厅随岳高速公路管理处3)武汉430052)

多跨连续梁桥合龙口多，合龙次数多，体系转换复杂，合龙方案对多跨连续梁施工控制非常重要.以一座九跨一联的悬浇连续梁桥为工程背景，分析了不同合龙顺序及合龙束张拉时机对多跨连续梁成桥状态应力和挠度的影响，提出了先合龙奇数跨的合龙顺序，并将合龙束进行分次张拉的方案，根据此方案提高了施工效率，有利于施工线形控制，使成桥状态应力和线形更合理.

悬臂施工；多跨连续梁桥；合龙顺序；分次张拉

0　引　　言

悬臂浇筑法是大跨径预应力混凝土连续梁桥一种常用的施工方式，主要施工过程是先采用挂篮进行悬臂浇筑施工，再将各合龙口进行合龙[1].在合龙施工过程中，合龙束张拉是合龙施工的一个重要工序，合龙束张拉顺序直接影响着结构次内力及内力重分布和位移变化情况，对成桥状态的位移和内力会产生一定影响.其次，多跨连续梁桥合龙次数多，合龙次序直接关系到各墩的施工进度安排，对工期和成本都有极大影响，通过优化合龙顺序和合龙束的张拉时机，可以节约工期，也可使结构成桥状态更合理.目前，对多跨连续梁桥合拢顺序研究的文献较多，文献[2]以一座13跨一联的预应力混凝土连续箱梁桥为例，分析比较了3种不同合拢顺序对主梁上、下缘应力、竖向位移和支座纵向位移的影响，文献[3-5]分别对连续刚构桥和连续梁桥先合龙边跨后合龙中跨与先合龙中跨后合龙边跨的方案进行了比较分析，通过对变形和内力的分析结果进行对比，提出了较优合龙顺序的建议.文中综合考虑合拢顺序和合龙束张拉时机对多跨连续梁成桥状态应力和挠度的影响，得出了多跨连续梁桥较合理的合龙方案.

1　工程概况

某桥主桥跨径为50.25 m+7×90 m+50.25 m九跨一联的预应力混凝土变截面连续箱梁，桥型布置图见图1.墩顶处梁高5.5 m，边跨直线段及主跨跨中处高2.7 m，箱梁横截面为单箱单室斜腹板双悬臂截面，腹板斜度为3∶1，箱梁顶面宽19.0 m，底宽8.75～6.92 m，两侧翼板悬臂长4.5 m.主梁为纵、横、竖三向预应力结构，混凝土标号为C50，桥墩混凝土标号为C40.

图1　桥型布置图(单位：cm)

本桥采用悬臂浇注法施工，由于墩顶所设永久支座不能承受施工过程中的不平衡弯矩，在悬臂浇注阶段必须将各主墩与主梁临时固结形成结构稳定的T构，从11#墩～18#墩共8个T构.各T构除墩顶号块，每边各分为10个节段，纵向长度为5×3.5 m+5×4 m，墩顶零号块长13 m，边、中跨合龙段长2 m.墩顶零号块搭设支架浇注施工，零号块混凝土达到强度张拉完预应力后，开始拼装加工好的挂篮，从1号块开始采用挂篮悬臂浇注各梁段，直到梁段浇注完成并张拉预应力后，卸除挂篮，再将各合龙口按一定顺序合龙和张拉合龙束预应力[6].

2　合龙顺序及体系转换

本桥为九跨一联的预应力混凝土箱梁桥，原设计是由边跨向中跨的顺序逐跨合龙，即按照边跨、次边跨、次中跨、中跨的顺序进行，以下称为合龙方案I.由于本桥跨数较多，按逐跨合龙的方案，要合龙中跨需之前四跨逐步合龙完，如果之前的某个桥墩施工滞后，对全桥的施工进度影响很大，对结构受力也不利，因此，需要对该合龙顺序进行调整.调整后的合龙顺序为先合龙奇数跨，将单T构静定小合龙成Π构，在按由边到中的顺序大合龙，以下称为合龙方案II.具体方案为：(1)边跨合龙(第1，9跨)；(2)其余奇数跨合龙(第3，5，7跨)；(3)第2，8跨合龙；(4)第4跨合龙；(5)第6跨合龙.采用该方案可多跨同时合龙，互不干扰，合龙影响因素较少，可加快施工进度，提高施工效率.合龙方案III在合龙方案II的基础上，对奇数跨合龙束张拉顺序进行优化.

3　合龙顺序影响分析

3.1有限元模型建立

采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立有限元模型，将其简化为平面结构，梁单元划分按照施工节段进行划分，由于本桥各桥墩刚度很大，建模时未考虑桩墩的影响，全桥共分个212桥面单元，389种钢束，施工阶段按拟定施工顺序进行定义.

3.2成桥状态应力和挠度分析

按合龙方案I及合龙方案II所确定的施工顺序分别进行前进分析，对两种方案成桥状态主梁应力和竖向挠度进行比较分析，2种方案成桥状态各梁段中间处上、下缘应力见图2～3，各梁段悬臂端竖向挠度见图4.

图2　各合龙方案成桥状态主梁节段上缘应力

图3　各合龙方案成桥状态主梁节段下缘应力

图4　各合龙方案主梁节段竖向挠度

由图2和图3应力对比图可知，2种方案下主梁上、下缘应力变化趋势基本一致，各跨应力极值位置一致，应力值变化不大，主梁上缘最大应力差为0.47 MPa，下缘最大应力差1.09 MPa.

由图4主梁竖向挠度对比图可知，两种方案下主梁竖向挠度变化曲线相差较大，合龙方案I竖向挠度从由边跨到第四跨逐渐变大，到第五跨趋于稳定，各主墩边跨侧主梁挠度以向上为主，中跨侧挠度以向下为主；合龙方案II竖向挠度在边跨和次边跨边跨侧半幅与合龙方案I相差不大，其余各跨沿奇数跨跨中对称布置.合龙方案I最大竖向挠度为64 mm，最小竖向挠度为-37 mm；合龙方案II最大竖向挠度为135 mm，最小竖向挠度为-70 mm，两种方案主梁挠度最大相差149 mm.

由以上分析可知，成桥状态主梁应力受合龙顺序影响不显著，而竖向挠度受合龙顺序影响非常明显，由边跨向中跨逐跨合龙，从次边跨开始，均为稳定结构和T构合龙，合龙完成临时固结拆除后，在底板合龙束的作用下，合龙跨邻跨悬臂端产生较大的向下位移；各奇数跨T构合龙成Π构，合龙拆除临时固结后，此时结构为静定结构，在底板合龙束的作用下，合龙跨会产生较大的向上位移，而邻跨悬臂端为将产生更大的向下位移，在后续的大合龙中，结构为超静定结构，挠度变化会相对较小.

在施工控制中，梁体竖向挠度越大，则悬臂施工时各节段的竖向预拱度越大，线形误差会更大，施工控制难度也更大，而多跨连续梁合龙体系转换较多，影响因素也较多，为便于施工控制，满足合龙精度要求和成桥线形需要，一般选取竖向位移较小的合龙方案.

4　合龙束张拉时机优化及分析

从上述分析可知，底板合龙束张拉时机是控制竖向挠度的一个关键因素，因此需要对合龙方案II中底板合龙束的张拉时机进行优化，以减少竖向挠度.由于在T构静定小合龙成Π构过程中，底板合龙束会使结构会产生较大位移，可考虑在此过程中只张拉部分预应力，再全桥合龙后在张拉剩余底板合龙束[7-8].本桥第2～8跨底板合龙束由短束到长束分别为B6-11，设计合龙张拉顺序为先顶板后底板，先长束后短束，为保证施工安全和达到优化目的，在第3，5，7跨合龙时，拟先张拉B10，B11底板束，全桥合龙后再张拉B6-9等底板合龙束，此方案为合龙方案III.

由图2～3可知，合龙方案III对成桥状态上、下缘应力影响也不大，与前两种方案应力趋势一致，应力值相差不也大，上缘与合龙方案II最大相差0.71 MPa，下缘与合龙方案II最大相差2.01 MPa，与前两种方案相比，合龙方案III各跨应力更均匀，受力更合理.

由图3可知，方案III与挠度II竖向挠度变化趋势基本一致，但挠度值较合龙方案II有明显减小，比方案I也有所减小，合龙方案III挠度基本均向下，最大竖向挠度为41 mm，比方案II减小了94 mm， 比原设计方案I减小了23 mm.按合龙方案III所确定的施工顺序对桥梁进行结构分析，各施工工况和成桥阶段结构和挠度均满足规范要求，说明合龙方案III可行.

5　结　　论

文中以一座九跨一联的悬浇连续梁桥为工程背景，分析了合龙顺序及合龙束张拉时机对多跨连续梁的影响分析，分析结果表明：

1) 与常规逐跨合龙顺序相比，隔跨合龙顺序可同时进行多跨合龙，受其他墩施工进度影响较小，合龙方式更灵活，两种合龙顺序连续梁成桥状态应力值相差不大，竖向挠度相差较大.

2) 采用隔跨合龙顺序，通过对部分合龙束根据施工阶段分2次张拉，可明显减小主梁竖向挠度，也使成桥状态主梁各跨应力更均匀.

3) 对于多跨连续梁桥，较合理的合龙方式先合龙奇数跨，合龙束时先张拉部分合龙束，在进行大合龙，全桥合龙后张拉未张拉的合龙束，这样主梁竖向挠度较小，更利于施工线形控制，应力也满足规范要求.

[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]孙全胜，李大杰.超长联大跨连续梁桥合龙顺序分析[J].世界桥梁,2012(5)：45-48.

[3]陈列，徐公望.高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择[J].桥梁建设,2005(1)：33-35.

[4]戴公连，王伟民，刘柯.基于变形的铁路混凝土连续梁合龙方案比较[J].桥梁建设,2014(4)：96-101.

[5]杨阳，曹兴龙，崔建龙,等.不同合龙方式对连续梁桥成桥状态的影响[J].铁道建筑,2014(5)：19-21.

[6]叶再军.多跨长联预应力混凝土连续梁桥施工控制研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[7]贾剑山.悬臂施工连续梁桥合龙设计优化及影响分析[J].铁道标准设计,2015(8)：97-101.

[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.

Study on the Optimization of Closure Scheme of Cantilever Construction Multi-Span Continuous Beam Bridge

YE Zaijun1)ZHOU Hongyun2)WU Xuewei3)

(HubeiTransportationDepartmentEngineeringQualitySupervisionBureau,Wuhan430014,China)1)(HubeiCommunicationinvestmentSoutheastConstructionProjectGroupCo.,LTD,Wuhan430074,China)2)(HubeiSuiyueExpresswayManagementOffice,Wuhan430052,China)3)

The multi continuous beam bridge has several closures and complex system conversions. Thus, the closure scheme is important to construction control of the multi continuous beam bridge. This paper analyses the influence of different closure orders and tension time of closure stress to the stress and deflection of the multi continuous beam bridge, and also proposes the closure order of closing the odd spans first and tensing the closure stress by several times. The method improves work efficiency, is conducive to the construction linear control, and makes the stress and line of the bridge more reasonable.

cantilever construction; multi-span continuous beam bridge; closure order; tension by several times

2016-06-25

U448.215

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.021

叶再军(1980- )：男，硕士，高级工程师，主要研究领域为公路重点工程质量监督