多跨连续刚构桥合拢段若干关键技术分析

(西华大学土木建筑与环境学院 四川 成都 610039)

预应力混凝土连续刚构桥是一种将混凝土连续梁桥的桥墩与其上部结构(梁)固接，而形成的一种桥梁结构形式。它延续了混凝土连续梁的受力特点，并结合了T型刚构桥的受力特点，使其广泛应用于高墩大跨桥梁中。预应力混凝土连续刚构桥除了具有连续梁桥的优点以外，其墩梁固接的结构使其在后续的使用和维护过程中，节省了大量的工作量及费用，并且改善了桥梁在水平荷载(如地震作用)下的受力状况，大大提高了桥梁的使用性能。大多数的连续刚构桥采用悬臂施工的方法来修建，悬臂施工法是先建成桥墩，在桥墩的顶部沿着桥梁跨径的方向，逐步左右对称施工的方法。悬臂施工的关键阶段在其体系转换问题，即合拢段的施工；本文主要讲述几个多跨连续刚构桥合拢段的关键技术。

一、连续刚构桥合拢段的几个关键问题

(一)连续刚构桥顶推力

对于采用悬臂施工的连续刚构桥，在悬臂施工中，受梁段自身重力，混凝土收缩、徐变等因素的影响会产生较大的位移，桥梁的线形会受到影响；合拢前桥梁处于一个静定结构，合拢后为超静定结构，桥梁的线形和受力情况受位移的影响较大。为了减少在施工阶段产生的位移，我们可以在连续刚构桥的中跨合拢时，施加一对反向的水平顶推力，这样可以使桥墩产生反向的位移，一来可以抵消悬臂施工时产生的梁体水平位移，二来可以抵消后期梁体的收缩、徐变等因素带来的桥梁水平位移和附加的结构次内力。(连续刚构桥合龙顶推力的确定)

(二)连续刚构桥竖向压重

大部分连续刚构桥在悬臂施工时，在合拢阶段时进行竖向压重是一个必不可少的工序。由于桥梁在合拢前后，结构体系会发生转换，我们需要在合拢前使桥梁的结构体系变得合理，前一部分的顶推力就是其中一种措施；我们在合拢阶段使用竖向压重的方法的原因有多种，一在合拢前的梁体悬臂浇筑中，会使在合拢段的梁体标高与设计标高不一致，我们需要施加外力使其达到设计标高；二在浇筑中跨合拢段时，为了保证两个悬臂端的梁体稳定，我们需要提前施加浇筑的这个重量，在浇筑时边浇筑边调整施加的竖向压重，从而可以使桥梁保持稳定；三对梁体和墩的应力有较大的改善，合拢前和合拢后结构体系得到改变，受力更加复杂，如果在合拢前通过竖向压重将桥梁的结构受力调整到一个可以使成桥阶段受力合理的状态，对今后由于混凝土徐变和桥梁使用状况等因素引起的桥梁次内力和挠度，有着很好的改善。(PC连续刚构桥施工中竖向压重强制合龙对成桥后结构的影响分析)

(三)连续刚构桥合拢顺序

多跨连续刚构桥采用悬臂施工方法的时候，首先会形成多个T构结构，然后就进行中跨的合拢，逐步形成整体；那么合拢顺序的确定也是多跨连续刚构桥合拢段至关重要的一环。多跨连续刚构桥的悬臂施工，从一开始的静定结构，通过每一次的合拢，超静定的次数就会增加，桥梁结构的受力更复杂。由于合拢顺序的不同，每次合拢引起的内力重分布一样，对成桥结构的受力影响较大；合拢顺序的不一样也影响着每次合拢施工的难易程度，因为合拢顺序的不一样，合拢段的顶推力，竖向压重等因素也会随之改变。多跨连续刚构桥常见的合拢顺序有：先边跨合拢，再次边跨合拢，最后中跨合拢；先次边跨合拢，再中跨合拢，最后边跨合拢；先中跨合拢，再次边跨合拢，最后中跨合拢等。(连续刚构桥合拢顺序的讨论)

二、若干关键技术的研究方法

(一)顶推力的确定

合拢段顶推力的计算是由我们所需的顶推位移所推导出来的，顶推位移量主要包括合拢前悬臂施工阶段造成的纵向位移量δ1、合拢段施工时产生的纵向位移量δ2及成桥后运营阶段混凝土收缩徐变所引起的纵向位移量δ3三部分组成。合拢前悬臂施工阶段造成的纵向位移量δ1包括悬臂浇筑的混凝土收缩、徐变引起的纵向位移及预应力钢束张拉所造成的纵向位移；合拢段施工时产生的纵向位移量δ2包括合拢段浇筑时由温差引起的混凝土收缩造成的纵向位移及底板束的张拉造成的纵向位移；成桥后运营阶段混凝土收缩徐变所引起的纵向位移量δ3应不包括在成桥前由于混凝土收缩徐变造成的纵向位移，因在计算时一般按使用年限直接计算出桥梁的混凝土因收缩、徐变造成的位移量，故位移量δ3应按70%计算，并为了避免在成桥时产生较大的纵向位移，位移量δ3还需进行进一步的折减，最终的顶推位移量δ=δ1+δ2+δ3*70%*60%。

顶推位移量确定后，我们可以根据解析法和有限元法推导出相应的顶推力，一般利用有限元法模拟出的顶推力更加精准一点。解析法是根据结构力学里面超静定结构体系的力法方程为原理，推导出力与位移的关系式。对于连续刚构桥超静定结构体系，由于混凝土的收缩徐变引起的结构内力重分布和结构的非线性变化，根据解析式法无法得出精确解，因此，我们要需要利用有限元软件进行，进行有限元建模，得出较精确的解。(四跨连续刚构桥合拢顶推力计算与效应分析)

(二)竖向压重的确定

关于合拢段的竖向压重的配重基本原则是保持合拢段浇筑混凝土时梁体的稳定性，避免梁体发生较大的挠动。常见的竖向压重的设置方法有三种：等量配重法、等位移配重法、等弯矩配重法。等量配重法是指在合拢段浇筑前，在梁体的悬臂端施加与合拢段混凝土等重量的配重，并在混凝土浇筑时，同时等量卸载，从而保证在合拢段施工前后两悬臂不会产生较大的挠动。等位移配重法是在合拢段施工时两悬臂端不发生位移为原则，确定竖向压重的配重和加载位置，但是此方法需要在施工时严格控制加载量和加载位置，需要较复杂的计算。等弯矩配重法是指在梁体的悬臂端挂篮所承受的力对于墩顶的弯矩等于竖向配重相当于墩顶的弯矩，此种方法计算比较简单，但梁体的悬臂端会产生适当的挠动。

(三)合拢顺序的确定

对于多跨连续刚构梁桥的合拢顺序的确定需要考虑多方面因素的影响，不同的合拢顺序，对于施工中的梁体、墩的受力影响比较大，也会影响合拢段顶推力的施加和合拢段竖向压重的施加。针对不同的合拢顺序，我们需要建立不同的有限元模型进行计算，比较在施工工程中出现的最大应力值，以及最大应力值出现的位置，如果最大应力出现在中跨的合拢段，则不利于中跨的合拢施工；桥梁线型也受合拢顺序较大的影响。对于不同的实际情况，我们需要比较多种合拢顺序下的各种内力及应力及其出现的位置，成桥阶段的内力状况和桥梁的线型；选出最终的合理的合拢顺序。

三、总结

对于合拢段的顶推力施加，在施工过程中我们需要对桥梁进行施工控制，当顶推力施加到一定程度，使桥墩顶部纵向位移达到我们的预期值时，可以停止加载，因为理论分析和实际情况总会有些误差，这点需要值得我们重视。合拢段的竖向压重也应和顶推力一样，根据实际情况进行调整，保证合拢段施工顺利完成，对于一些合拢段梁体高差过大的情况，我们还需进一步的研究，不能盲目的强行压重合拢。不同的合拢顺序，不仅对桥梁结构有着重要影响，也影响到桥梁的施工进度安排、施工的难易程度以及施工成本，这些影响因素在决定合拢顺序时也应该考虑进去。连续刚构桥悬臂施工时，合拢段施工的这几个关键性问题还需值得我们继续去研究，现阶段的解决方案还需要继续得到完善。