铁路多跨长联矮塔斜拉桥合龙顺序研究

焦亚萌　李　辉

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)



铁路多跨长联矮塔斜拉桥合龙顺序研究

焦亚萌李辉

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

多跨长联矮塔斜拉桥悬臂施工时有多种合龙顺序，按不同顺序合龙，成桥时梁体内力不同。通过优化合龙顺序，可以优化成桥时的主梁内力。以铁路某多跨长联矮塔斜拉桥结构为例，研究在不同合龙顺序下，梁体在受力、位移方面的差异，结合施工工艺、工期等因素，对铁路多跨长联矮塔斜拉桥合龙顺序进行全面分析。

铁路多跨长联矮塔斜拉桥合龙顺序

1　概述

某一联10孔铁路矮塔预应力混凝土斜拉桥，跨径布置为(65+8×110+65)m，有砟桥面。桥址位于水库库区，水下有较厚淤泥层。抗震设防烈度为8度，地震峰值加速度为0.2g(如图1)。

图1　全桥布置(单位：m)

结构为长联单索面矮塔斜拉桥，横桥向索布置在截面中央。塔梁固结，墩梁铰接，塔高18m，主梁根部截面高4.8m，跨中高4.5m，采用各中墩对称悬臂灌注再合龙的施工方法。

2　多跨长联矮塔斜拉桥结构的合龙顺序

多跨长联结构有多种合龙顺序，实际工程中一般采用对称合龙的方式，即保持两半联的合龙程序基本一致。以10孔铁路矮塔斜拉桥为例，常见的对称合龙方案主要有以下4种，各方案合龙顺序见图2。图2中三角表示临时固定约束，永久固定约束设在中间支点。

2.1方案1：从两边向中间逐跨合龙

该方案有两个施工工作面，施工进度快，但当某一个主塔施工滞后时会直接影响到全桥的工期；当最中间跨合龙时，在温度力等外力作用下，合龙段的临时刚接措施需承受半联梁体重量的支座摩阻力，受力较大。

2.2方案2：从中间向两边逐跨合龙

图2　各合龙方案合龙顺序

与方案1相同，有两个工作面，施工进度较快，同时任何一个合龙口一侧承受支座摩阻力梁段仅为一跨，临时刚接受力较小。但存在与方案1相同的缺点，某一主塔施工滞后会影响全桥工期。

2.3方案3：先静定小合龙再进行大合龙

先将两两主塔合龙形成简支静定体系，再合龙各个静定体系。根据第二步合龙顺序的不同，细分为以下两种方案。方案3-1：从中间开始，依次向两边进行合龙。方案3-2：从两边开始，依次向中间合龙。

方案3多点面工作，相互不干扰，小合龙形成静定体系，安全性更好，施工工期短，施工灵活程度高。

2.4方案4：若干跨同时合龙

此方案多跨同步合龙，内力均匀，施工工期短。但需要较多施工设备，施工同步性要求高。以本方案为例，先同步合龙两侧的两跨，再进行中间两跨的合龙。

3　多跨长联矮塔斜拉桥不同合龙顺序内力

根据以上4种合龙方案，对多跨长联矮塔斜拉桥进行理论计算分析，得到相应各方案的成桥内力。成桥内力由恒载、钢束一次、钢束二次、徐变二次、收缩二次构成。以下选取有代表性的各跨跨中底板应力，进行各内力的对比分析。

3.1恒载

由恒载作用引起的跨中截面底板应力见表1，表中正值表示拉应力。恒载下方案1和方案2的跨中下缘拉应力较小，方案3的下缘跨中拉应力较大，各方案之间总体相差不大。

表1　恒载引起的跨中截面底板应力　MPa

3.2钢束一次

成桥时，4种合龙方案钢束一次作用引起的跨中截面底板应力见表2，负值表示压应力，钢束一次作用下底板受压。

表2　钢束一次引起的跨中截面底板应力　MPa

钢束一次应力与结构的约束条件及刚度分布无关，各方案的跨中预应力筋布置相同，所以应力基本相同。但由于合龙顺序不同，钢束预应力损失有差别，相应的底板应力有微小差别。

3.3钢束二次

成桥时，4种合龙方案，钢束二次引起的跨中截面底板应力见表3。

表3　钢束二次引起的跨中截面底板应力　MPa

可知钢束二次引起跨中底板为拉应力，与钢束一次相反。不同方案的钢束二次应力差别较大。方案3的钢束二次引起的跨中底板拉应力最小，方案4的钢束二次引起跨中底板拉应力最大。

3.4徐变二次

成桥时，各方案徐变二次引起的跨中截面底板应力见表4。

表4　徐变二次引起的跨中截面底板应力　MPa

由表4可知，徐变作用下跨中底板应力为拉应力，方案3最大，方案4最小，各方案之间相差不大。

3.5收缩二次

成桥时，各合龙方案收缩二次引起的跨中截面底板应力见表5。

表5　收缩二次引起的跨中截面底板应力　MPa

由表5可知，由收缩二次引起的跨中截面底板应力相比其它因素很小，对于多跨长联矮塔斜拉结构，可以忽略收缩二次的影响。

3.6应力合计

成桥时各合龙方案跨中截面底板应力合计见表6。

表6　跨中截面底板应力合计　MPa

方案4的压应力储备最大，方案2的压应力储备最小。

4　多跨长联矮塔斜拉桥不同合龙顺序残余徐变位移

各方案从调索结束(此状态下精调锁轨)到成桥收缩徐变完成，残余徐变变形值见表7。

可以看出，各合龙方案残余徐变变形值差别不大，均满足有砟桥面残余徐变20mm的规范限值。

表7　跨中残余徐变值　mm

5　计算结果分析

根据计算可知，多跨长联矮塔斜拉桥不同合龙方案成桥后的内力差别主要由预应力次内力引起，其它因素差别不大，预应力次内力对成桥受力起不利作用。从受力方面讲，预应力次内力作用越小，分布越均匀，成桥后总的合计应力安全储备越大。因此，可以通过合龙方案预应力次内力大小来判定合龙方案优劣性。

多跨长联矮塔斜拉桥结构采用先静定小合龙、再大合龙方案，从受力上讲最优，实际工作中应结合现场条件来选择最优合龙方案。

6　结论

(1)多跨长联矮塔斜拉桥多种合龙方案有其各自的优缺点，实际桥梁施工时，应根据理论计算、现场条件等因素来选择合适的合龙方案。

(2)多跨长联矮塔斜拉桥不同的合龙方案成桥后的内力差别主要由预应力次内力引起，采用先静定小合龙，再大合龙方案，单从受力上讲该方案最优。

(3)铁路多跨长联矮塔斜拉桥不同合龙方案的残余徐变值相差不大。

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Study on the Closure Sequence of Multi Span Railway Cable-stayed Bridge

JIAO YamengLI Hui

2016-05-20

中国铁路总公司科技研究开发计划课题(编号2014G004-E)。

焦亚萌(1981—)，男，2006年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，高级工程师。

1672-7479(2016)04-0081-03

U442.5

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