铁路大跨长联连续梁桥的合龙顺序分析

何 永 义

(中铁三局集团第六工程有限公司,山西 晋中 030600)

0 引言

多跨连续梁桥由于具有很好的连续性及整体性在桥梁建设中广泛采用，连续梁桥的合龙需要在线性和受力两方面满足设计要求，因此合龙顺序对其有直接的影响。关于合龙顺序现有的研究主要有：包仪军等[1]针对一座预应力混凝土连续梁桥对比分析了3种合龙顺序对连续梁桥合龙口两端位移差的影响，得到合理的合龙顺序和分批张拉可降低线性控制的难度；陈荣刚[2]以一座六跨连续刚构桥为工程背景，对不同合龙顺序的应力增量和变形增量进行分析对比，研究得到对于连续刚构组合桥采用先次边跨再边跨最后中跨合龙顺序最为合理。陈淮等人[3]以一座五跨刚构—连续组合梁桥为研究对象，针对主梁合龙顺序，边跨现浇段支架拆除时机和主梁中跨合龙段顶推力进行优化分析；唐坤尧[4]针对裕溪河大桥对其进行监控分析，对实测数值和理论数值进行了对比研究；杨阳等人[5]对某三跨预应力混凝土变截面连续梁桥从不同合龙方案引起的混凝土自重，收缩徐变，钢束次内力引起的成桥内力等方面做了相关研究。以上学者的研究主要集中在刚构桥或跨数较少的连续梁方面，因此对于技术要求指标较高的高速铁路连续梁桥进行合龙顺序优化研究显得很有意义，本文以京沈客专潮白河特大桥跨潮白河河道(60+4×106+60)m连续梁桥为工程背景，通过建立不同合龙顺序下的有限元模型，对该桥合龙方案进行了优化分析，为该类桥梁合龙提供参考。

1 工程概况

京沈客专潮白河特大桥跨潮白河(60+4×106+60)m预应力混凝土连续梁桥，计算跨度为(59.85+4×106+59.85)m，梁全长545.4 m。梁体采用单箱单室箱形截面，箱梁顶宽12.6 m，底宽6.7 m，顶板厚度除梁端附近外均为400 mm；腹板厚600 mm～1 000 mm，按折线变化；底板由跨中的400 mm线性变化至根部的1 200 mm，全联在端支点、中跨中及中支点处共设置11个横隔板，隔板厚度：边支座处1.45 m，中跨中0.8 m，中支点处2.4 m，横隔板设有孔洞，供检查人员通过，箱梁两侧腹板与底板相交处外侧均采用圆弧倒角。中支点处梁高7.85 m，跨中16 m直线端及边跨15.7 m，直线端梁高4.85 m，梁底下缘按照二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.85 m。纵向预应力选用公称直径15.2 mm，抗拉强度标准值1 860 MPa的高强度低松弛钢绞线，管道摩阻系数为0.26，管道偏差系数为0.003。其中梁体采用C55混凝土，封端采用C55补偿收缩混凝土，防撞墙及人行道栏杆底座采用C40混凝土，防水层的保护层采用C40纤维混凝土。

2 有限元模型

采用有限元软件Midas Civil进行结构分析，顺桥为x轴，横桥为y轴，竖向为z轴。主梁采用的是梁单元模拟，支座采用的是主从约束模拟，全桥共分192个单元和233个节点，有限元模型如图1所示。

3 合龙方案分析与比选

本文依据大跨长联连续梁桥的特点，在保证所有施工影响因素(合龙段吊架，合龙温度，合龙配重)不变的前提下，仅改变合龙顺序来研究合龙方案，总共制定4种合龙方案：

1)边跨及中跨先合龙，次中跨后合龙；

2)次中跨先合龙，边跨及中跨后合龙；

3)从边跨至中跨依次合龙；

4)从中跨到边跨依次合龙。

在施工中，1号～14号梁段采用对称悬臂浇筑先形成5个T构，即为最大悬臂端，在悬臂浇筑的过程中主要分为两个过程，包括混凝土浇筑7 d，预应力张拉及挂篮滑移3 d，在形成一个合龙段之后立刻进行体系转换，以确保结构内力合理分布。

3.1 合龙顺序对成桥累计位移的影响分析

线性控制可以保证在理论上，悬臂施工连续梁桥成桥的线性满足设计及运营要求，在施工中设置合适的预拱度。而预拱度的设置与合龙顺序直接相关，不同的合龙顺序对应不同的预拱度。采用有限元软件对主桥在1/2静活载下的竖向位移及4种方案下的成桥累计位移进行计算，计算结果如图2～图6所示。

由图2可以看出，在最中间两跨静活载作用下竖向位移最大，而边跨则相对较少，次中跨与中跨接近，这是由于中跨及次中跨跨度明显大于边跨引起，4种方案成桥累计位移有明显的差别，其中方案一成桥累计位移最大值为45 mm；而方案二和方案四成桥累计位移最大值则相对较大，达到了139 mm。由于累计位移与预拱度有着直接的关系，累计位移较大则需要较大的预拱度，预拱度反过来又直接影响着线性控制的难易程度，因此，仅仅从设置预拱度的角度来看，方案一是最优方案。方案一与方案二可作为一组对照，方案三和方案四可作为一组对照，发现合龙顺序对于成桥的累计位移影响很大，不同的合龙方案，对于合龙段较多的大跨长联连续梁桥有着很大的影响。

3.2 合龙顺序对成桥应力的影响分析

图7～图10给出了不同合龙方案下主梁上下缘成桥的应力，无论上下缘应力，方案二和方案四对应成桥应力相对较小，在-6 MPa～-7 MPa之间，4种方案对应的上下缘应力值均满足要求，都在允许的范围之内。由于极值点位置相近、应力值相差较小的可以看出，合龙顺序对成桥的主梁正应力影响不是很显著，在确保施工工艺满足的条件下，主梁的正应力值主要仅仅与结构特性相关。

3.3 合龙顺序对建设工期的影响分析

方案一与其他三种方案比较，体系转化次数分别为1次及2次，方案一在体系转化全过程中临时固结解除工序较另三种方案可节省工期3 d～5 d。同时本工程背景所依托的连续梁两端与(60+100+60)m连续梁相连，边跨为共用边墩，其边跨顶板合龙束及边跨底板钢束在箱内单端张拉，针对此种设计，为减少边跨合龙段钢束的暴露时间，方案一和方案三先合龙边跨可确保工序良好衔接，较另两种方案节省工期10 d～15 d，类似设计工程先合龙边跨对工期的影响较为明显。

3.4 合龙方案比选

在以上4种方案中，方案一成桥累计位移最小，因此在桥梁线性控制的时候需要提供的预抛高也就较小，在体系转换的过程中相应的位移变化也小，而其他几种方案成桥累计位移明显较大，在体系转化中位移变化也大，增加了施工控制的难度，同时由于方案一是先合龙中跨和边跨，即可以一次性完成体系的转化，临时固结可以同时解除，缩短了施工工期，而其他几种方案则需要两次的体系转换，成桥累计位移也较大，相比不是最优方案。由于边跨现浇段采用托架施工，及早的拆除也可以在一定程度上节省成本，方案一在完成边跨和中跨合龙后即可完成托架的拆除，很好的满足了这一要求。从成桥上下缘应力来看，4种方案均可满足要求，由此可看出合龙方案对与成桥的应力影响不大。综合来看，方案一是一种最理想的合龙方案，建议多跨长联连续梁桥的合龙方案可以考虑采用此方案。

4 结语

本文通过对在建京沈客专(60+4×106+60)m预应力混凝土连续梁桥进行不同合龙方案研究，得到以下结论：

1)不同的合龙顺序对于桥梁的成桥累计位移有明显的影响，成桥累计位移直接影响到桥梁的预抛高的设置，合理的设置预抛高可在一定程度上降低桥梁线性施工控制的难易程度。在桥梁建设中，确定立模标高时严格依照合龙顺序进行计算，且不得轻易改变，否则主梁线性将达不到设计要求。

2)不同的合龙顺序对于成桥上下缘的应力影响不明显，在确保施工工序不简化的前提下，采用任意一种合龙方案均可使得成桥的应力满足要求，在规范要求的范围内。因此进行方案比选的过程中进行重点关注不同合龙方案对成桥累计位移的影响，进行优化比选。

3)(60+4×106+60)m预应力混凝土连续梁桥按照先合龙边跨及中跨，后合龙次中跨的方案满足合龙条件的实际情况，且合龙后主梁线性、应力符合设计及规范要求，是最优的合龙方案，可为同类型的桥梁提供一定的借鉴。