偶数跨连续梁桥施工合拢优化分析

孟阳君，陈 强

(1．湖南文理学院 土木建筑工程学院，湖南 常德 415000；2．湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000)

偶数跨连续梁桥施工合拢优化分析

孟阳君1，陈 强2

(1．湖南文理学院 土木建筑工程学院，湖南 常德 415000；2．湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000)

总跨数为偶数的预应力混凝土连续梁桥的合拢特性明显不同于总跨数为奇数的预应力混凝土连续梁桥及相同布置的连续刚构．结合陆家渡大桥对3种不同的合拢工况进行了分析，得出：成桥状态，由中跨向边跨对称逐孔合拢，合拢线形最为平顺，多跨一次合拢轴向变形最小；3种合拢工况下，成桥状态顶、底板应力均为压应力，顶板应力变化幅度较小，底板应力变化幅度较大．随着运营时间的增加，3种合拢工况桥跨线形均有逐渐向下变形的趋势，且其桥跨轴向变形逐渐增大，顶、底板压应力均有减小的趋势．运营10年，3种不同合拢工况，顶、底板应力均为压应力，由中跨向边跨对称逐孔合拢线形最为平顺．整体来看，底板应力变化幅度大于顶板．

连续梁桥；跨数；合拢；特性；优化

当前，随着桥梁设计水平和施工技术的提升，预应力混凝土连续梁桥这种桥型已经遍布国内．关于预应力混凝土连续梁桥的施工控制及合拢优化分析的研究很多，但多见于总跨数为奇数的情况．留晗，张宇[1]研究了合拢方式对多跨连续梁线形和内力的影响，得出总跨数为奇数的连续梁由边到中合拢较为合理．周鑫，张雪松，向中富[2]以宁夏陶乐黄河公路特大桥为例，对多跨连续梁悬臂施上合拢方案中的一些细竹进行了计算和分析．曹水东，林云，李传习[3]通过多跨连续刚构桥合拢方案分析，得出不同的合拢顺序对成桥状态结构受力影响不大，但对累计位移有较大影响，合拢段预应力钢束的张拉方式不同会影响合拢段主梁的下缘应力，而对其上缘和其他节段主梁应力以及位移影响甚微．

与之相比，总跨数为偶数的预应力混凝土连续梁桥的合拢优化分析则很少[4-13]，相比相同跨数的连续刚构及奇数跨的预应力混凝土连续梁桥，其合拢特性(包括线形和内力)明显不同，为此，本文结合陆家渡大桥-六跨预应力混凝土连续梁桥对此进行了研究．

1 悬臂浇筑法施工工艺及流程

大跨预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工．悬臂浇筑法施工的周期一般为6～12 d，依节段混凝土的数量和结构的复杂程度而不同．悬臂浇筑法一般施工流程见图1．

图1 悬臂浇筑法施工一般流程图

混凝土连续梁桥悬臂浇筑法合拢梁段施工一般流程见图2．

图2 合拢梁段一般施工流程图

混凝土连续梁桥(箱梁)悬臂浇筑法合拢段的施工方案，必须符合规范及设计要求，确保连续梁桥结构体系转换后及成桥运营阶段梁体内力及变形符合要求．根据施工顺序可以分为逐孔合拢和多跨一次合拢两种，其中逐孔合拢又可分为由边跨向中跨对称逐孔合拢和由中跨向边跨对称逐孔合拢两种．一般来说，当连续箱梁跨数较少时多采用逐孔合拢；而对长连多孔连续箱梁施工来说，为了缩短施工工期，并满足设计合拢温度等要求，在经济和设备允许的情况下，更多采用多跨一次合拢．

2 工程概况

安乡陆家渡大桥主桥为40 m+4×67 m+40 m预应力混凝土变截面箱梁，桥长924.80 m．主桥连续箱梁预应力采用三向预应力体系．变截面箱梁梁底线性按2次抛物线变化，箱梁根部梁高为3.8 m，跨中梁高为2 m，箱梁顶板全宽为12.5 m设有2.0 %双向横坡，顶板厚度悬浇梁段和合拢段均为28 ㎝；底板宽度为6.5 m，厚度为85 ㎝(墩顶)～28 ㎝(跨中)；箱梁腹板厚度由根部至跨中依次取75 ㎝，75 ㎝至55 ㎝，55 ㎝．箱梁悬臂浇筑分段长度依次分别为：9.0 m长0号段+4×3.0 m+4×4.0 m，边、中跨合拢段长采用2 m，边跨现浇段长5.5 m．11、12、13、14、15号桥墩为主桥桥墩，采用D240 ㎝双柱式桥墩接3 m承台配4根D180 ㎝桩基础．设计荷载：公路-Ⅱ级．

3 合拢工序优化分析

3.1 计算工况

安乡陆家渡大桥为6跨预应力混凝土连续箱梁桥，根据施工T构数目，该桥共计6个合拢段，合拢段的数目为偶数，不同于一般的奇数，为了确保成桥内力及线形满足规范及设计要求，分别选取如下3种合拢工况进行计算分析，选择其中最佳方案进行施工．

工况1：多跨一次合拢；

工况2：由边跨向中跨对称逐孔合拢；

工况3：由中跨向边跨对称逐孔合拢．

3.2 计算模型及参数

本桥采用 MIDAS软件，根据施工过程采用平面杆系单元计算．成桥模型离散为338个单元，339个节点，模型的边界条件为结构支座位置的竖向线位移约束和墩底固结．全桥共划分为 13个施工阶段和一个运营阶段进行仿真分析计算．计算模型见图3．

图3 陆家渡大桥有限元模型

相关计算分析参数见表1．

表1 计算分析参数

3.3 计算结果分析

3.3.1 成桥状态及成桥10年线形

现以成桥状态(取全桥合拢并拆除墩顶临时固结、刚刚完成桥面铺装、栏杆等二期恒载施工的时刻)为基准，分别对3种合拢工况线形进行分析，结果见表2、图4．

表2 成桥状态各个工况线形特征比较 m

图4 成桥状态各个工况线形

由表2、图4不难看出，工况3(由中跨向边跨对称逐孔合拢)合拢线形最为平顺，标高方向(Z方向)最大线形相差0.018 19 m；其次是工况1(多跨一次合拢)，标高方向最大线形相差0.02 108 m；线形最差的是工况 2(由边跨向中跨对称逐孔合拢)，标高方向最大线形相差0.034 18 m．3种工况下，工况1轴向变形最小，其次是工况3，轴向变形最大的是工况2．

由图4还可看出，3种工况下，轴向最大变形均发生在桥梁两端，此种情况与支座布置有关，同时有利于伸缩缝的设置；3种工况下，-Z方向最大位移均发生在边跨合拢段之前的倒数第二节段(即7#块)，+Z方向最大位移均发生在次边跨合拢段之前的倒数第一节段(即8#块)．

现以成桥运营 10年状态为基准，分别对 3种合拢工况线形进行分析，结果见表3、图5．

表3 运营10年各个工况线形特征比较 m

图5 运营10年各个工况线形

由图 5可以看出，随着运营时间的增加，3种工况桥跨线形均有逐渐向下变形的趋势，其最大位移发生位置与成桥状态一致；由表3可得，工况3成桥10年线形最为平顺，标高方向(Z方向)最大线形相差0.018 27 m；工况2线形最差，标高方向(Z方向)最大线形相差0.033 92 m．

由图5不难看出，随着运营时间的增加，桥跨轴向变形逐渐增大，工况1增加幅度最大，为轴向变形最大工况．

3.3.2 成桥状态及运营10年应力

现以成桥状态为基准，分别对3种合拢工况应力进行分析，结果见表4、图6．

图6 成桥状态各个工况顶、底板应力比较图

表4 成桥状态各个工况内力特征比较 MPa

由表4、图6可以看出，采用3种不同合拢工况，成桥状态下，顶底板应力均为压应力；从应力变化幅度来看，3种工况下，顶板应力变化幅度较小，中跨合拢段中变化幅度最大，达到12.8 %，边跨合拢段中变化幅度最小，为3.6 %；底板应力变化幅度较大，次边跨合拢段中变化幅度最大，达到16.2 %，边跨合拢段中变化幅度最小，为5.8 %．

由图 6还可看出，无论采用哪种合拢方案，顶、底板应力变化均不平顺，若以顶板应力为标准，工况1(多跨一次合拢)方案最好，若以底板应力为标准，则是工况2(由边跨向中跨对称逐孔合拢)方案最好．

由表5、图7可以看出，采用3种不同合拢工况，运营10年，顶底板应力均为压应力

表5 运营10年各个工况内力特征比较 MPa

图7 运营10年各个工况顶、底板应力比较图

对比成桥状态，不难发现，随着运营时间的增加，顶底板压应力均有减小的趋势，变化最大处为工况1次边跨跨中底板，达到1.22 MPa，相对变化幅度为26.1 %，其次为该工况中跨跨中底板，达到1 MPa，相对变化幅度为22.2 %．

整体来看，底板应力变化幅度大于顶板，次边跨应力变化幅度＞中跨应力变化幅度＞边跨应力变化幅度．3种工况下，顶板应力变化幅度较小，中跨合拢段中变化幅度最大，达到 6.5 %，边跨合拢段中变化幅度最小，为 2.2 %；底板应力变化幅度较大，次边跨合拢段中变化幅度最大，达到8.9 %，边跨合拢段中变化幅度最小，为2.8 %．

由图 7还可看出，无论采用哪种合拢方案，顶、底板应力变化均不平顺，若以顶板应力为标准，工况1(多跨一次合拢)方案最好，若以底板应力为标准，则是工况2(由边跨向中跨对称逐孔合拢)方案最好．

4 结束语

本文首先对预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑法的施工工艺及流程进行了介绍，并结合陆家渡大桥对3种不同的合拢工况进行了分析．

成桥状态，工况3(由中跨向边跨对称逐孔合拢)合拢线形最为平顺；3种工况下，工况1(多跨一次合拢)轴向变形最小，其次是工况3，轴向变形最大的是工况2．

3种工况下，轴向最大变形均均发生在桥梁两端，负向最大挠度均发生在边跨合拢段之前的倒数第二节段(即7#块)，正向最大挠度均发生在次边跨合拢段之前的倒数第一节段(即8#块)．

采用3种不同合拢工况，成桥状态下，顶底板应力均为压应力；从应力变化幅度来看，3种工况下，顶板应力变化幅度较小；底板应力变化幅度较大．

以成桥状态为标准，无论采用哪种合拢方案，顶、底板应力变化均不平顺，若以顶板应力为标准，工况1(多跨一次合拢)方案最好，若以底板应力为标准，则是工况2(由边跨向中跨对称逐孔合拢)方案最好．

随着运营时间的增加，3种工况桥跨线形均有逐渐向下变形的趋势，其最大位移发生位置与成桥状态一致；工况3成桥10年线形最为平顺．

随着运营时间的增加，桥跨轴向变形逐渐增大，工况1增加幅度最大，为轴向变形最大工况．

采用3种不同合拢工况，运营10年，顶底板应力均为压应力；且随着运营时间的增加，顶底板压应力均有减小的趋势，变化最大处为工况1次边跨跨中底板．整体来看，底板应力变化幅度大于顶板，次边跨应力变化幅度＞中跨应力变化幅度＞边跨应力变化幅度．

以运营 10年状态为标准，无论采用哪种合拢方案，顶、底板应力变化均不平顺，若以顶板应力为标准，工况1(多跨一次合拢)方案最好，若以底板应力为标准，则是工况2(由边跨向中跨对称逐孔合拢)方案最好．

[1]留晗, 张宇. 合拢方式对多跨连续梁线形和内力的影响[J]. 兰州交通大学学报, 2012, 31(4): 31-35.

[2]周鑫, 张雪松, 向中富. 悬臂施工连续梁桥合拢方案的讨论[J].公路交通技术, 2006(4): 96-98.

[3]曹水东, 林云, 李传习. 多跨连续刚构桥合拢方案分析[J]. 广西大学学报: 自然科学版, 2011, 36(4): 576-581.

[4]王虎盛, 董峰辉, 张璐军, 等. 基于不同规范的简支转连续施工连续梁桥确定性及可靠性对比分析[J]. 公路工程, 2015,40(2): 211-214.

[5]王志强, 周伟, 乔亮. 浅析悬臂施工中桥梁稳定性和可靠性控制[J]. 科技视界, 2012(4): 90-91.

[6]孟亚武. 有关预应力混凝土连续梁悬臂施工技术的探究[J].交通世界, 2012(11): 186-187.

[7]夏凌. 连续梁悬臂施工的线型控制[J]. 黑龙江交通科技, 2014,37(9): 104-104.

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[9]任向辉, 张煜敏. 悬臂施工结构合拢温度的合理确定及对策研究[J]. 甘肃科技, 2013, 29(23): 119-120.

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[12]司德嵘, 刘辉. 石武客运专线悬臂施工摩阻试验探讨[J]. 山西建筑, 2013, 39(30): 155-157.

[13]左印娟, 王辉. 谈桥梁悬臂施工方法[J]. 民营科技, 2012(7):274-274.

(责任编校：徐赞)

Closure Optimization Aanalysis for Even Spans Continuous Beam Bridge

MENG Yang-jun1，CHEN Qiang2
(1. College of Architecture & Civil Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde, Hunan 415000, China; 2. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China)

Closure characteristics for prestressed concrete continuous beam bridge with even spans are very different from the odd’s and continuous rigid frame with the same layout. Combined lujiadu bridge,three different closure conditions have been analysed. The results showed that closure alignment from midspan to sidespan is the most smooth, axial deformation is the smallest for multi span closed at the same time. Under three conditions, stress of upper plate and bottom plate are compressive at completed bridge state, stress variation of upper plate is less than that of bottom plate in three conditions. With the increase of operating time, the deflection of bridge and axial deformation of bridge increases gradually, compressive stress of upper plate and bottom plate have a tendency to decrease. 10 years later, upper plate and bottom plate are still in compressive stress in three conditions, closure alignment from midspan to sidespan is the most smooth.Overall, stress variation of bottom plate is greater than that of upper plate.

continuous beam bridge; number of spans; closure; characteristics; optimization

U 445

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.03.0004

1672–7304(2017)03–0015–06

2017-01-09

湖南省教育厅科研项目(16C1091)；湖南文理学院校级科研项目(E07015017)

孟阳君(1982−)，男，湖南常德人，高级工程师，博士，主要从事桥梁结构理论研究及仿真分析﹒E-mail: 352357749@qq.com．