连续刚构桥梁合龙段张拉顺序调整设计

双龙北线道路工程大偏坡桥位于贵州省贵阳市市域东南与黔南州交界地区，地势呈西南高、东北低、中部隆起，地貌类型复杂多样，自然景观千姿百态。大偏坡桥右幅连续刚构桥边跨合龙段在混凝土浇筑前，已按设计要求对临时钢束进行张拉，张拉力满足设计要求，混凝土浇筑前已进行外刚性支撑焊接锁定，进行中跨合龙段施工时，各合龙段外刚性支撑保持锁定状态，未拆除。根据2017年9月21日大偏坡桥合龙段施工情况召开专家论证会上的专家意见，将中跨已张拉500kN的临时钢束张拉至设计吨位，增强跨中合龙段抗拉能力，并检测边中跨砼有无裂缝，因此，需要根据实际情况调整边、中跨钢束张拉顺序。

1.合龙张拉方案

1.1 工程概况

本桥主桥系预应力混凝土连续刚构桥，主桥上部结构为40m+70m+40m三跨变高度预应力混凝土连续箱梁。全长150m，桥宽15.85m，为单箱双室结构。从一端到跨中节段数分别为：边跨现浇段4m、边跨合龙段2m、挂篮悬浇段28.5m、墩顶0号块11m、挂篮悬浇段28.5m、中跨合龙段2m，其中挂篮悬浇段分为9段，分别为6*3m+3*3.5m，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化。

1.2 计算合龙张拉方案

设计要求总体张拉顺序须符合“由外向内，先长束、后短束”的顺序对称张拉，边跨和中跨合龙段断面钢束布置如图1所示。

方案1：分批张拉中跨和边跨合龙段钢束

第一批：张拉边跨钢束ST1、中跨钢束CT1靠边腹板侧各2束，共计6束；

第二批：张拉边跨钢束SB1，张拉中跨钢束CB1靠边腹板侧各2束，共计6束；

第三批：张拉中跨钢束CB1靠中腹板侧2束，共计2束；

第四批：张拉边跨钢束ST2、中跨钢束CT2靠边腹板侧各2束，共计6束；

第五批：张拉边跨钢束SB2，张拉中跨钢束CB2靠边腹板侧各2束，共计6束；

第六批：张拉中跨钢束CB2靠中腹板侧2束，共计2束；

第七批：张拉边跨钢束ST1、中跨钢束CT1靠中腹板侧各2束，共计6束；

第八批：张拉边跨钢束SB3，张拉中跨钢束CB3靠边腹板侧各2束，共计6束；

第九批：张拉中跨钢束CB3中腹板侧2束，共计2束；

第十批：张拉边跨钢束ST2、中跨钢束CT2靠中腹板侧各2束，共计6束；

第十一批：张拉边跨钢束SB4，张拉中跨钢束CB4靠边腹板侧各2束，共计6束；

第十二批：张拉中跨钢束CB4靠中腹板侧2束，共计2束。

方案2：先张拉中跨合龙段钢束再张拉边跨合龙段钢束

先张中边跨合龙段钢束，张拉完中跨合龙段钢束后，再张拉边跨合龙段钢束。

方案3：先张拉边跨合龙段钢束再张拉中跨合龙段钢束

先张拉边跨合龙段钢束，张拉完边跨合龙段钢束后，再张拉中跨合龙段钢束。

2.模型建立

2.1 计算模型

采用Midas Civil 8.3.2建模，根据图纸中给定的材料（C55混凝土、φ15.2mm抗拉强度标准值为1860MPa的预应力钢束等）、截面形式和尺寸建立材料特性值，本模型主梁64个单元、桥墩56个单元。根据工程实际荷载情况施加自重荷载、预应力荷载、二期恒载114.53kN/m、挂篮荷载800kN及移动荷载等，根据3种合龙张拉施工方案，分别定义施工阶段进行计算分析。（图2）

2.2 荷载工况

（1）自重

自重系数：-1.04

（2）整体升降温

整体降温：-18.00℃

整体升温：24.00℃

（3）梁截面温度

如表1、表2所示。

表1 桥面降温

表2 桥面升温

（4）徐变收缩

收缩龄期：3天；

构件理论厚度：1m；

理论厚度自动计算：由程序自动计算各构件的理论厚度，公式为：

周长u的计算公式中L0为外轮廓周长，Li为内轮廓周长，a为要考虑内轮廓周长的比例系数[1]。

（5）可变荷载

活载：汽车荷载，桥梁等级为公路I级；

对于汽车荷载纵向整体冲击系数μ，按照《公路桥涵通用设计规范》第4.3.2条，冲击系数μ可按下式计算[2]：

当f＜1.5Hz时，μ＝0.05；

当1.5Hz≤f≤14Hz时，＝0.1767ln(f) － 0.0157；

当f＞14Hz时，μ＝0.45；

根据规范，计算的结构基频f=3.57Hz，冲击系数μ = 0.209。

3.施工阶段分析

通过表3可以看出，在张拉过程中，合龙段截面的相对变形普遍较小。另外方案1不出现拉应力，方案2和方案3出现拉应力，方案2在张拉完中跨时在边跨现浇段出现最大拉应力0.5MPa；方案3在张拉完边跨合龙束时在中跨合龙段出现最大拉应力0.3MPa，综上所述，在3个方案中出现拉应力的方案2和3的最大拉应力均小于规范1.53MPa限值要求，方案1最为合理。

4.结构正截面抗裂验算

对于全预应力混凝土构件，在作用（荷载）短期效应组合下，应符合下列条件：

预制构件：σst－0.85σpc≤0 ；

图1 边跨和中跨合龙段断面钢束布置图

图2 计算模型图

分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件：σst－0.80σpc≤0（图3-图 5）。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第6.3.1-1条验算： ，根据计算结果方案2和方案3超0.04MPa左右，非常小，基本满足要求，方案1满足规范要求。

5.正截面混凝土法向压应力验算

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.1.5-1条，荷载取其标准值，汽车荷载考虑冲击系数[3]。受压区混凝土的最大压应力：

未开裂构件：σkc＋σpt≤0.5fck；

允许开裂构件：σcc ≤0.5fck（图6-图8）。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.1.5条验算：σkc＋σpt =8.65MPa≤0.5fck = 17.75MPa，满足规范要求。

6.短暂状况构件应力验算

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.2.8条，截面边缘混凝土的法向压应力应符合下式规定：σtcc≤0.70f'ck（图9-图11）。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） 第7.2.8条 验 算：σtcc =11.04MPa≤0.70f'ck = 19.88MPa，满足规范要求。

表3 张拉过程中挠度变化表（单位：mm ，+表示上；-表示下）

图3 方案1结构正截面抗裂验算结果图形

图4 方案2结构正截面抗裂验算结果图形

图5 方案3结构正截面抗裂验算结果图形

图6 方案1正截面混凝土法向压应力验算结果图形

图7 方案2正截面混凝土法向压应力验算结果图形

图8 方案3正截面混凝土法向压应力验算结果图形

图9 方案1短暂状况构件应力验算结果图形

图10 方案2短暂状况构件应力验算结果图形

图11 方案3短暂状况构件应力验算结果图形

7.结论

预应力混凝土连续钢构梁桥因合龙阶段及合龙钢束较多，调整边中跨合龙段张拉顺序对成桥后受力状态影响很大。本文对3种合龙张拉施工方案分别分析计算了合龙段截面的相对变形、最大拉应力，并进行了结构正截面抗裂验算、正截面混凝土法向压应力验算，短暂状况构件应力验算、对比后发现，方案1在张拉过程中，合龙段截面的相对变形较小，最大拉应力满足规范1.53MPa限值要求，结构正截面抗裂验算、正截面混凝土法向压应力验算、短暂状况构件应力验算满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）要求，因此对于该桥而言，分批张拉中跨和边跨合龙段钢束最为合理。