多跨连续刚构桥合龙顺序

殷任宏, 安平和, 冯伟琼(长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064)

多跨连续刚构桥合龙顺序

殷任宏, 安平和, 冯伟琼
(长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064)

以六跨连续刚构桥的沮河特大桥为工程背景,分析了不同合龙顺序对多跨连续刚构桥成桥状态下主梁应力、主梁线形及主墩变形的影响.研究结果表明:连续刚构桥合龙顺序对主梁应力影响较小,对主梁线形和主墩变形影响显著.

连续刚构桥; 合龙顺序; 应力; 线形

多跨连续刚构因其受力合理、跨越能力强、施工进度快及行车舒适等优势得到了广泛的推广应用[1-2].合龙施工是预应力刚构桥悬臂施工过程中的重要环节,而合龙顺序又是合龙施工的关键问题.一方面,先合龙的桥跨,将完成其由静定结构向超静定结构的体系转换,且随着合龙施工的推进,结构超静定次数会越来越高,采用不同的合龙顺序,结构体系转换的历程不同,导致合龙束、混凝土收缩徐变等载荷引起结构次内力和内力重分布及变形情况有差异,对成桥状态结构的内力和线形产生很大影响[3-6].另一方面,合龙顺序直接影响到施工的难易程度及各墩的施工进度安排,从而间接影响到施工工期和成本.因此,合龙顺序是施工控制的敏感因素[7-9].

近十年来,有关连续刚构桥合龙顺序问题已有一些研究.刘沐宇等[10]以某七跨连续刚构桥为工程背景,分析不同合龙顺序对桥梁结构位移和应力的影响,最终选择了边跨合龙→次边跨与次中跨同时合龙→中跨合龙的合龙顺序.陈荣刚[11]以某六跨连续刚构组合梁桥为工程背景,对不同合龙顺序下成桥主梁线形、应力状态进行了比较分析,最终采用了次边跨→边跨→中跨的合龙顺序.姚志立等[12]对某五跨连续刚构桥的合龙顺序进行了研究,最终确定了先奇数跨的“小合龙”再进行偶数跨“大合龙”.但由于跨数、跨径、宽跨比等因素的影响,工程应用中亦采用不同的合龙顺序.为此,本文以210国道川口至耀州公路沮河特大桥的六跨连续刚构桥为工程背景,通过有限元数值模拟,研究该桥合理的合龙顺序,并探讨该类型桥梁合龙顺序的一般规律,为类似桥梁合龙顺序的提供参考.

1 工程概况

沮河特大桥是210国道川口至耀州段公路改扩建工程的一座特大桥梁,其主桥结构形式为预应力混凝土连续刚构体系(如图1所示),跨径组合为62.5 m+4×115 m+62.5 m,三向预应力体系.桥宽12.0 m,箱梁采用单箱单室截面,顶板宽12.0 m,底板宽6.5 m,翼缘板悬臂长为2.75 m.梁高及底板厚度均按二次抛物线变化.主梁采用C55混凝土,墩身采用为C40混凝土,主桥箱梁采用悬臂浇筑法施工.

图1 沮河特大桥的立面布置图(单位:m)Fig.1 Elevation view of Juhe extra-large bridge(unit: m)

2 计算模型建立

沮河大桥采用桥梁结构分析软件Midas Civil建立有限元模型并进行结构仿真计算.计算单元按照施工节段进行划分,并对腹板变化处进行加密,全桥共361个节点, 353个单元(其中梁单元213个).施工阶段按照桥梁施工顺序进行定义.

图2 沮河大桥Midas模型Fig.2 The Midas model of Juhe extra-large bridge

3 合龙顺序分析

3.1 各合龙方案

根据沮河特大桥结构特点及现场的施工状况,提出三种可行的合龙方案进行优选.

方案1 先完成边跨合龙,后完成次中跨合龙,最后完成中跨合龙.该合龙顺序是设计文件中建议的合龙顺序.

方案2 边跨、次中跨及中跨一次合龙.此合龙顺序是施工单位建议的合龙顺序.

方案3 先完成中跨合龙,后完成次中跨合龙,最后完成边跨合龙.此方案为比选方案.

为便于分析比较各方案的优劣性,计算模型中采用相同的载荷条件,如合龙温度(20 ℃)、合龙配重、边跨现浇以及合龙段混凝土养生时间(7 d)等,且不考虑预顶工艺.

3.2 不同合龙顺序对结构成桥应力的影响

对3种合龙方案成桥状态应力进行比较分析,3种方案成桥状态各梁段上、下缘应力见图3、图4.

由图3应力对比图可知,3种方案主梁下缘应力变化趋势基本一致,主梁上缘正应力曲线极值点位置相同.主梁上缘应力在各墩顶取得极大值,在各跨中取得极小值,且绝大部分截面为储备压应力.方案3的应力值最大,方案2的应力值最小.3种方案相同位置处的上缘应力差值均在1.2 MPa.

由图4应力对比图可知,3种方案主梁下缘应力变化趋势基本一致,主梁下缘正应力曲线极值点位置相同.主梁下缘应力在各墩顶取得极大值,在次中跨的L/4截面和次中跨的3L/4截面处取得极小值.方案3的应力值最大,方案2的应力值最小,且绝大部分截面为储备压应力.3种方案相同位置处的上缘应力差值均在1.0 MPa.

图4 主梁下缘应力Fig.4 The down-edge stress of the girder

3种合龙方案成桥状态截面上、下缘应力的对比结果表明,合龙顺序对成桥状态主梁正应力有影响但不显著,主梁的正应力主要取决于结构特性.

3.3 不同合龙顺序对结构成桥线形的影响

对3种合龙方案成桥状态竖向位移进行比较分析,3种方案成桥状态各梁段竖向位移见图5.

图5 主梁竖向位移图Fig.5 The vertical deformation of the girder

由图5可知,3种方案主梁竖向位移的变化趋势基本一致,但位移量有较大差异.其中方案1和方案2主梁竖向位移基本相同,方案3有显著差别,最大差2.8 cm,发生在边跨0.4L.全桥位移突变基本发生在合龙段位置,边跨的位移极小值点均出现在0.4L截面,次中跨和中跨的位移极小值点出现在3/8L或5/8L截面附近,位移极大值点出现在跨中截面.

对3种合龙方案成桥状态主墩水平位移进行比较分析,3种方案成桥状态各墩水平位移见表1.

由表1可知,3种合龙方案下主墩的水平位移有显著差异,但水平位移量均较小,对主墩的预偏量影响不明显.方案2各墩墩顶位移普遍较小,方案1和方案3主墩的水平位移相反,但均比方案2要大.

表1 成桥状态主墩墩顶水平面位移(mm)Table 1 Horizontal displacement of the pier top in finished state(mm)

注: 川口往耀州方向为正.

由3种合龙方案成桥状态结构变形情况分析可知,合龙顺序对主梁线性有显著影响.

3.4 合龙方案比选

从分析结果可知,3种方案下主梁应力相差不大,方案2主梁和主墩的变形均较小,方案3结构变形最大;由于方案1和方案3变形较大,所设预拱度较大,增加了施工过程中的控制难度.且方案2一次合龙虽需较多的施工人员和设备,施工中协调组织工作量大,但是施工速度是最快的,不仅较其他两种方案可节省半个月时间,工期上很好满足了业主的要求,而且施工单位已有一次合龙的经验.因此,经施工、监理及业主共同商议,从结构安全、施工质量、进度及难度等方面进行比选,认为方案2是最合理的.

4 结 论

(1) 多跨连续刚构桥的合龙顺序对主梁应力影响较小,主要取决于结构特性.因此,在施工过程中,应以线性控制为主,应力控制为辅.

(2) 多跨连续刚构桥的合龙顺序对主梁线形和主墩变形有显著影响.因此,预拱度的设置必须考虑合龙顺序的影响,如果施工过程中变更合龙方案,应及时通知监控单位对预抛值做出相应调整,以满足成桥线形需要.

[1] 邹毅松,单荣相. 连续刚构桥合龙顶推力的确定[J]. 重庆交通学院学报, 2006,25(2):12-15. (ZOU Y S, SHAN R X. The confirmation closure jacking force of continuous rigid frame bridge[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University, 2006,25(2):12-15.)

[2] 胡清和,邓江明,周水兴,等. 多跨连续刚构桥顶推合龙方案研究[J]. 中外公路, 2009,29(3):109-114. (HU Q H, DENG J Q,ZHOU S X, et al. Research of multi-span continuous rigid frame bridge jacking closure scheme[J]. Journal of China and Foreign Highway, 2009,29(3):109-114.)

[3] 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, 2012,40(5):45-48. (SUN Q S,LI D J. Analysis of closure sequence for long unit and long span continuous girder bridge[J]. World Bridge, 2012,40(5):45-48.)

[4] 冷双全,张永水. 高墩多跨连续刚构桥最优合龙顺序选择[J]. 交通科学与工程, 2012,28(3):37-41. (LENG S Q,ZHANG Y S. The optimal selection of the multiple-span continuous rigid frame bridge with high piers closure order[J]. Journal of Transport Science and Engineering, 2012,28(3):37-41.)

[5] 陈秀清,裴万胜,程菊红,等. 预应力混凝土连续梁桥合龙顺序对成桥状态的影响研究[J]. 铁道建筑, 2013(12):19-21. (CHEN X Q,PEI W S,CHENG J H, et al. The research of pre-stressed concrete girder bridge closure order influence on built condition[J]. Railway Engineer, 2013(12):19-21.)

[6] 王学华. 合龙顺序对高速铁路连续梁桥的影响分析[J]. 铁道标准设计, 2014,58(7):72-75. (WANG X H. The influence of different closure sequences on continuous girder bridge of high-speed railway[J]. Railway Standard Design, 2014,58(7):72-75.)

[7] 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]. 桥梁建設, 2005,2005(1):33-35. (CHEN L, XU G W. Selection of structural types and closure sequences for long-span and high-rise pier PC bridge[J]. Bridge Construction, 2005,2005(1):33-35.)

[8] 魏瑞芬. 不同合龙顺序对高墩多跨连续刚构桥受力及变形影响分析[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2016(3). (WEI R F. The influence analysis of different closure sequence of high pier continuous rigid frame bridge stress and deformation[J]. Highway Traffic Science and Technology, 2016(3).)

[9] 李保俊. 长联多跨低墩刚构-连续梁组合梁桥合龙顺序研究[J]. 石家庄铁道大学学报(自然科学版), 2016,29(2):28-32. (LI B J. Study on closure sequence of long unite and large span rigid-frame and continuous beam combination bridge with low pier[J]. Journal of Shijiazhuang Tiedao University(Natural Science), 2016,29(2):28-32.)

[10] 刘沐宇,杜细春. 多跨PC刚构-连续组合梁桥的合拢次序分析[J]. 武汉理工大学学报, 2007,29(6):107-110. (LIU M Y, DU X C. Analysis of closure process for PC bridges with rigid frame-continuous girders[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2007,29(6):107-110.)

[11] 陈荣刚. 六跨连续刚构组合梁桥合龙方案研究[J]. 公路交通科技, 2014,31(7):91-96. (CHEN R G. The research of six span continuous rigid frame composite bridge closure scheme[J]. Highway Traffic Science and Technology, 2014,31(7):91-96.)

[12] 姚志立,余钱华,胡惜亮,等. 矮寨连续刚构桥合龙顺序分析及过程模拟计算[J]. 公路工程, 2012,37(2):4-7. (YAO Z L,YU Q H,HU X L,et al. Closure sequence analysis and process simulation of Aizhai continuous rigid frame bridge[J]. Highway Engineering, 2012,37(2):4-7.)

【责任编辑: 肖景魁】

Closure Order of Multiple-Span Continuous Rigid Frame Bridge

YinRenhong,AnPinghe,FengWeiqiong

(School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

Taking the Juhe extra-large bridge as engineering background, the influence of different closing sequence on the stress of main girder, the main girder linearity and the deformation of main pier under the condition of completion of multi-span continuous rigid frame bridge is analyzed. The results show that, the influence on closing sequence of continuous rigid frame bridge has little stress of main girder, but has significant influence on the main girder alignment and the deformation of main pier.

continuous rigid frame bridge; closure order; stress; linearity

2016-10-11

陕西省交通运输厅科技资助项目(13-25K).

殷任宏(1991-),男,陕西商洛人,长安大学硕士研究生.

2095-5456(2017)01-0058-04

U 448.215

A