改变施工步骤对连续梁桥线形及应力的影响

贾文豪，李子奇（兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州　730070）

改变施工步骤对连续梁桥线形及应力的影响

贾文豪，李子奇
（兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州730070）

在对一座连续梁桥进行有限元计算时发现，按照设计提供的施工步骤，即在浇筑边跨不平衡段时拆除主墩活动墩侧的临时固结而未拆除固定墩侧的临时固结，将会出现成桥后累积位移边跨不对称的情况，不利于施工中梁体的线形控制。通过改变原设计的施工步骤，将原设计施工阶段和调整后的施工阶段分为2种工况，对比2种工况下累计位移和关键截面应力，分析了改变施工步骤对连续梁桥应力及位移的影响。结果表明，采用新施工步骤该桥位移和应力满足要求且有利于施工线形控制。

连续梁；施工步骤；临时固结；线形；应力

连续梁因其线形平顺、行车舒适所以被广泛的采用。在建的连续梁桥一般采用悬臂施工，其施工方法已经较成熟。但是在施工过程中的不确定和确定因素较多，某一参数的改变或是施工阶段的改变都会对桥梁的线形和受力产生影响。本文以一座悬臂施工的（48+80+48）m预应力混凝土连续梁桥为研究对象，桥跨施工中采用悬臂浇筑不平衡梁段。在按照设计提供的施工步骤进行有限元计算时，发现最后的成桥阶段累积位移出现了不对称的情况，初步分析可能是因为在浇筑边跨不平衡段时，只是拆除了主墩活动墩侧的临时固结而未拆除固定墩侧的临时固结，造成了活动墩侧的位移偏大。为方便施工和以后的线形控制，将施工步骤做出更改，并将不同施工步骤下的位移、应力结果进行对比，分析不同施工步骤对连续梁施工应力和成桥状态下累计位移的影响。

1　工程概述

预应力混凝土连续梁桥跨径布置为（48+80+ 48）m。主桥采用C55混土，桥跨截面采用单箱单室直腹板形式，箱梁顶板宽12.2 m，箱底宽6.7 m。全桥顶板厚42 cm，底板厚44～85 cm，腹板厚45～80 cm。梁体在支座处设置横隔板，全联共设置4道横隔板，横隔板中部设有孔洞供检查人员通过。预应力采用纵向、横向及竖向三向预应力体系。纵向预应力钢绞线采用抗拉强度标准值1 860 MPa、弹性模量195 GPa，公称直径15.20 mm的高强度低松弛钢绞线，其技术条件符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB 5224—2014）的规定。竖向预应力采用抗拉强度标准值830 MPa，弹性模量为200 GPa的螺纹钢筋（PSB830），其技术条件符合《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB/T 20065—2006）的要求。纵、横向预应力钢束采用塑料波纹管成孔。普通钢筋采用符合现行国家标准HPB300和HRB400钢筋。支座采用TJQZ-LX-8361型球形钢支座。

2　有限元建模

本桥采用挂篮悬臂施工，在单元划分中每个墩的墩顶处为0号块，边跨悬臂划分10个块（a1—a10），其中a10是不平衡梁段，中跨悬臂划分 9个块（b1—b9）。边跨直线段是a12，边跨合龙段是a11，中跨合龙段是10a。

根据研究目的分为2个工况，工况A：按照原有设计提供的施工顺序进行有限元模型的施工阶段划分，在浇筑不平衡段前只是拆除了主墩活动墩侧的临时固结。工况B：在工况A划分的施工阶段的基础上进行修改，即在浇筑不平衡段前已经拆除了主墩活动墩侧和固定墩侧的临时固结。根据这2个工况分别建立了2个有限元模型，共66个节点65个单元。全桥模型如图1所示。

图1　全桥模型

每个模型划分43个施工阶段，2个模型的施工阶段划分基本一致，只是在33施工阶段有所不同，工况A在34施工阶段浇筑边跨不平衡段时主墩固定墩侧的临时固结尚未拆除，而工况B在33施工阶段将主墩固定墩侧的临时固结拆除了。由于工况A和工况B 在31施工阶段就已经将主墩活动墩侧的临时固结拆除，故工况B在34施工阶段体系转换为双悬臂体系。

3　结果对比

主要的对比内容包括施工阶段应力和成桥阶段累积位移，由于工况A和工况B只是在33施工阶段存在差异，则工况A和工况B累计位移和应力将在33施工阶段以后产生变化，现在只是研究施工阶段的改变对施工应力及成桥以后累计位移的影响，故只是进行了33施工阶段到成桥阶段控制截面应力及成桥60 d后累计位移的数据对比。针对本模型成桥状态为42施工阶段。

3.1累积位移对比

成桥状态下，工况A和工况B边跨和中跨的最大挠度值见表1，2种工况下42施工阶段累计位移曲线见图2。从表1可以看出，工况B施工阶段下的累计位移明显比工况A下的累计位移大。工况A施工阶段产生的边跨累计位移最大只有32 mm，而工况B施工阶段下边跨最大的累计位移达到72.2 mm，比工况A大40.1 mm。从图2可以看出，工况A在42施工阶段即本模型的成桥状态产生的累计位移两个边跨不对称，活动墩侧的位移要明显大于固定墩侧的位移，而工况B在42施工阶段产生的累计位移是对称的。

表1　成桥状态下挠度值　mm

图2　42施工阶段累积位移曲线

3.2应力对比

根据连续梁应力监控原理，选择边跨及中跨 L/2处、悬臂根处、中跨L/4处及3L/4处共9个控制截面作为施工阶段应力的对比截面。但是位移、应力数据是对称于中跨的，故可取控制截面的一半进行研究分析。本文选择的是固定墩侧的控制截面，因为无论是工况A还是工况B，活动墩的临时固结在浇筑不平衡段前都是被拆除的，但是固定墩在工况B下才被解除，故固定墩作为改变墩，对比截面应选择固定墩侧的控制截面。

分别对比控制截面在2种工况下的施工累计应力。控制截面顶、底板应力最大值见表2，施工阶段累积应力对比图只是选取了中跨L/2处和悬臂根处，见图3—图5。

表2　控制截面顶、底板应力最大值MPa

图3　33单元施工应力

图4　44单元施工应力

图5　49单元施工应力

通过表2可以看出，工况A施工阶段下全桥顶、底板都未出现拉应力，最大压应力为9.51 MPa出现在工况A施工阶段下中跨L/2的底板处；工况B施工阶段下中跨L/2处控制截面顶板出现了拉应力1.19 MPa，最大压应力为11.4 MPa出现在工况 B施工阶段下33单元的底板处。工况A和工况B截面应力都没有超过C55混凝土的抗压和抗拉标准强度。

4　结论

通过2个工况的对比分析，可以得出以下结论：

1）在工况B情况下即在浇筑不平衡段前主墩固定墩和活动墩的临时固结全部被解除，将会使成桥后的累计位移更加对称，有利于施工和线形控制，但是累计位移也将变大。

2）工况A和工况B各截面底板都处于受压状态，工况B中跨L/2截面顶板出现拉应力，截面应力都未超过C55混凝土的抗压和抗拉标准强度。

3）工况B的施工阶段由于可以产生有利于施工控制的对称累计位移，故在实际施工中可以采用工况B的施工顺序，但是由于产生的位移较大在施工时要采用一定的改进措施，如加大跨中混凝土的配重。

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（责任审编赵其文）

Influence of Changing Construction Steps on Alignment and Stress of Continuous Girder Bridge

JIA Wenhao，LI Ziqi
（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou Gansu 730070，China）

T he construction step of a continuous girder bridge was studied by using finite element analysis in this paper.T he designed construction step，which requires removal of temporary fix at the movable pier and reserving of that at the fixed pier during the cast of unbalanced segment of side spans，may result in an asymmetric cumulative displacement causing an alignment problem.T hus，the original construction was changed and it was divided into two cases.T he first is the designed construction phase，and the second is the adjusted construction phase.T he cumulative displacement and stress at critical sections in two cases were compared to analyze the effect of construction step.T he results indicate that the adjusted step contributes to a better alignment control and the displacement and stress meet requirements.

Continuous girder；Construction step；T emporary consolidation；Alignment；Stress

U445.466

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.04

1003-1995（2016）08-0019-03

2016-01-06；

2016-05-16

贾文豪（1991— ），男，硕士研究生。