晋蒙黄河大桥主桥合拢顺序方案研究

张科峰

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

刚构- 连续组合梁桥既保留了连续梁桥的优点，又改善了连续刚构桥的受力特性[1]，在提高跨越能力的同时降低了连续梁后期维护费用，因此已成为桥梁工程师设计大跨桥梁的必选桥型之一。而上部主梁的合拢才能实现桥梁的全面贯通，是悬臂浇筑施工中非常重要的环节，尤其对于多跨、长联的刚构桥，不同的合拢顺序对成桥后桥梁的受力及变形有重要的影响。

1 项目概况

晋蒙黄河大桥工程是山西省高速公路网规划“三纵十二横十二环”第三横（灵丘—河曲）的重要组成部分，起点衔接山西省神池至河曲高速公路，终点接入内蒙古自治区大饭铺至龙口高速公路，是跨越黄河大北干流河曲河段的特大型桥梁。

主桥采用（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m 预应力混凝土刚构- 连续组合梁桥体系，上部采用双幅设置，单幅主梁截面形式为单箱单室，顶板宽15.75 m（含两侧各10 cm 后浇带），底板宽8 m，翼缘板悬臂长为3.875 m，主墩顶0 号块梁高9.5 m，跨中梁高3.4 m。主墩根部至跨中合拢段梁高按1.7 次抛物线变化。主桥下部桥墩均采用矩形空心墩形式，其中8 号、19 号墩为主引桥交界，14号墩为主桥分联墩，9 号、12 号、13 号、15 号、18 号墩为设钢球支座的连续墩，10 号、11 号、16 号、17 号为与主梁固结的刚构墩。本文以第一联为研究对象，立面布置及横断面见图1～图3，技术指标见表1。

图1 第一联主桥立面布置图（单位：cm）

图2 跨中断面图（单位：cm）

表1 技术指标表

图3 支点断面图（单位：cm）

2 不同合拢方案简介

悬臂对称施工时，对于非固结墩可采用临时固结措施将墩梁固结，桥梁合拢后再拆除临时固结措施以完成体系转换。但是不同的合拢顺序对于结构的内力以及变形的影响也不相同[2]，因此，对于此类桥梁的设计及施工控制，合理的合拢方案就成为首要的关注点，它是施工完成后结构达到合理成桥状态的关键影响因素。

本文为进行对比，除原设计方案外，另提出以下3 种方案进行比较分析：

a）方案一 保持合拢顺序与原设计方案一致，改变连接合拢段预应力钢束的张拉与解除临时锚固的顺序。

b）方案二 两个合拢段同步推进，保持合拢段预应力张拉与临时锚固顺序与设计一致。

c）方案三 在方案二基础上，改变合拢段预应力张拉与临时锚固顺序。

3 不同合拢方案对桥梁的影响分析

选用Midas Civil 创建有限元计算模型，模拟桥梁悬臂浇筑施工过程，并对合拢段的合拢顺序与临时锚固的解除时间进行研究。主桥第一联有限元模型见图4，各合拢段编号见图中所示。建立有限元模型时，对边界条件做如下处理：

a）忽略桩基影响，墩底视为固结。

b）刚构墩与主梁按固结处理，连续墩与主梁临时固结解除后采用活动铰支座连接。

c）边跨永久支座采用活动铰支座。

图4 主桥第一联Midas Civil 有限元模型

3.1 主梁应力

成桥时对比方案主梁上、下缘应力见图5～图7所示。

图5 方案一 成桥时主梁上、下缘压应力

图6 方案二 成桥时主梁上、下缘压应力

图7 方案三 成桥时主梁上、下缘压应力

表2 主梁合拢段上翼缘压应力值 MPa

从图5～图7 可见，对比方案成桥阶段主梁应力均满足规范[3]要求。从表2 可以看出，合拢顺序对主梁应力水平影响较大，而先解除临时锚固后张拉预应力钢束，有利于减小相应合拢段截面压应力，但是影响较小。

3.2 墩顶水平位移

提取8～14 号桥墩墩顶对应的主梁控制点水平位移，分别对比成桥阶段和10年收缩徐变后变形，可以看出，预应力张拉与解除临时锚固的施工顺序对按相同合拢顺序施工的主梁水平位移影响不大，但合拢顺序对主梁水平位移影响相对较大。

表3 主梁控制点水平位移 cm

3.3 墩底弯矩及轴力

从表4、表5 中可以看出，4 种方案对墩底轴力影响均较小；预应力张拉与解除临时锚固的施工顺序对按相同合拢顺序施工的墩底弯矩影响均较小；但合拢顺序对墩底弯矩影响较大，4 个方案中最大墩底正弯矩均出现在10 号墩。且成桥10年收缩徐变后桥梁合拢顺序、张拉预应力钢束与解除临时锚固的顺序对桥墩墩底弯矩的影响明显减少，但是合拢顺序对桥墩墩底弯矩仍有较大影响。

表4 桥墩墩底弯矩表 kN·m

表5 桥墩墩底轴力表 kN

4 结语

通过对晋蒙黄河大桥多种合拢方案的对比研究，可以得出以下结论：

a）4 个方案（设计合拢方案及3 个比较方案）的主梁应力均能满足规范要求；4 个方案的主梁在正常使用极限状态（短期）下，连续梁段中的跨中上缘最小应力均满足规范要求。

b）不同合拢顺序对导致桥梁结构体系转换的时间不同，结构受混凝土收缩、徐变的影响时间不同，受张拉预应力所产生的应力、挠度也有所不同。桥梁的合拢顺序对桥梁的应力、水平位移以及墩底弯矩影响都较大，但对桥梁墩底竖向力的影响较小。

c）预应力的张拉与解除临时锚固的顺序对结构的墩底弯矩和竖向力以及水平位移都影响较小，但对桥梁上部结构的应力有较大影响，特别是在合拢段。

d）成桥经过10年的收缩徐变后，桥梁合拢段的合拢顺序对于桥墩墩底弯矩的影响会明显减小，但仍有较大影响。本文确定的较为合理的主桥合拢顺序有借鉴意义，但因所处环境及研究的出发点不同，各种桥梁之间会有差异，实际施工中应综合考虑[4]，以得到适合桥梁的最优合拢顺序。