长联大跨混凝土连续箱梁桥悬臂施工合龙方案分析

谭海亮

摘 要：文章以一座8跨长联悬臂施工的预应力混凝土连续箱梁桥为例，探讨了长联大跨PC连续梁桥的合龙顺序对结构的影响。计算分析表明：不同的合龙方案对主梁应力影响有限，但对主梁的累计位移影响较大；长联大跨连续梁桥，尤其要注意“Π”构单侧和“T”构的合龙，会导致成桥线形和主梁应力均有较大的变化，施工时应尽量避免。

关键词：PC连续梁；合龙方案；分析

中图分类号：U445.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）21-0126-02

Abstract： Taking an 8-span long cantilever prestressed concrete continuous box girder bridge as an example， this paper discusses the influence of the closing sequence of the long span PC continuous beam bridge on the structure. The calculation and analysis show that different closing schemes have limited influence on the stress of the main beam， but have a great influence on the cumulative displacement of the main beam； in building the long span continuous beam bridge， special attention should be paid to the closure of the "Π"structure and the "T" structure， which will lead to great changes in the shape of the bridge and the stress of the main beam， thus should be avoided during construction.

Keywords： PC continuous beam； closure scheme； analysis

预应力混凝土连续箱梁桥具有结构刚度大，变形小，桥面连续伸缩缝少，行车舒适等特点，在桥梁结构中被广泛采用。合龙段施工是混凝土连续箱梁桥施工的重要环节，尤其在多跨连续梁中，不同的合龙方案对合龙过程中结构内部的应力和梁段标高会产生明显的影响。合龙时，结构由静定转为超静定，混凝土收缩徐变、预加力等引起结构不同的内力重分布[1～3]。本文以陈家洲湘江大桥为工程背景，探讨长联大跨PC连续梁桥的合龙顺序对结构的影响。

1 工程概况

陈家洲大桥上部结构形式为40m+68m+4×100m+68m+40m的8跨预应力混凝土連续箱梁桥，主梁采用单箱单室箱型截面，C55混凝土，三向（纵向、横向、竖向）预应力体系。每个“T”构分15个节段对称浇筑，其中0#、1#梁段长10m（2.5m+2×2.5m+2.5m），在托架上浇筑，其他梁段采用挂篮悬臂浇筑，划分为9×3.5m+5×2.5m。

2 有限元分析模型

2.1 单元离散

采用平面杆系有限元程序FBR_CAL建立模型。全桥共划分530个节点，510个单元，结构离散如图1。采用C55混凝土和钢材的材料参数，混凝土弹性模量取35.5GPa，泊松比为0.1667，密度为2650kN/m3；钢材弹性模量取206GPa，泊松比为0.3，密度为7850kN/m3。分别按照理想弹性材料和Hognestad等[4]建议的曲线计算钢材和混凝土应力分布。

2.2 约束、加载与求解

“T”构浇筑时通过临时固结单元把主梁和桥墩连接起来，支座节点与主梁节点采用刚臂连接，支座处的边界以及支架、托架与主梁的连接，均按主从节点约束处理。计算模型中的荷载为梁段自重和预应力束力，梁段自重按湿重单元施加，预应力束力等效为节点荷载处理[5，6]。采用修正的Newton-Raphson法求解。

3 计算结果与分析

合龙工序的影响：

本桥为连续梁桥，设有6个合龙口。为探讨合龙顺序对梁体受力和变形的影响，拟定的合龙工序如下[7～8]：

工序①：从两边向中间对称合龙，即先副跨14#～15#和19#～20#合龙，再次中跨15#～16#和18#～19#合龙，最后中跨16#～17#和17#～18#合龙。

工序②：从中间向两边对称合龙，即先中跨16#～17#和17#～18#合龙，再次中跨15#～16#和18#～19#合龙，最后副跨14#～15#和19#～20#合龙。

工序③：先“T”构合龙成“Π”构，再“Π”构单侧和“T”构合龙，即先次中跨15#～16#和18#～19#合龙，再中跨16#～17#和17#～18#合龙，最后副跨14#～15#和19#～20#合龙。

工序④：多跨一起合龙，即先副跨14#～15#和19#～20#、次中跨15#～16#和18#～19#合龙，再中跨16#～17#和17#～18#合龙。

四种不同合龙工序的成桥累计位移、考虑10年收缩徐变影响以及1/2活载影响的预拱度和应力如图2和表1所示。

分析有限元计算结果得到以下结论：

（1）不同的合龙工序对主梁的竖向位移影响很大，工序③的竖向累计位移达到了-188.6mm和138.4mm，变化幅度大，显然对主梁的线形控制不利。工序②的成桥累计位移较小，且变化较为均匀，但相比工序①与工序④，在次中跨合龙位置附近出现了反向的竖向位移。工序④为副跨和次中跨一起合龙，合龙后体系转换复杂，成桥累计位移在次中跨合龙位置附近相差较工序①大，且张拉预应力筋后要同时拆除边跨现浇支架和墩顶的临时固结，施工中难以实现。综合比较，工序①为最优方案。

（2）主梁在不同的合龙工序下绝大部分为全截面受压，只有工序③在次中跨跨中上缘出现了较小的拉应力，如表1所示。工序①、②、④下的成桥应力差别不大，均可接受。工序③相比其他工序，主梁下缘应力较大，上缘压应力较小，下缘最大压应力为14.7MPa，压应力储备较小。工序①与工序②均可考虑作为合龙工序。

4 结论

本文以陈家洲长联大跨PC连续梁桥为例，从成桥线形和应力的角度探讨了合龙方案对结构的影响，获得以下结论：

（1）不同的合龙方案对成桥应力影响有限，但对主梁的累计位移有较大的影响。如本例中工序③的成桥累计位移以及工序②相比工序①与工序④，在次中跨合龙位置附近出现的反向位移。

（2）本例中工序③的合龙方式为先“T”构合龙成“Π”构，再“Π”构单侧和“T”构合龙，对成桥线形和主梁应力均有较大的影响。对于大跨长联连续梁桥，要尤其注意“Π”构和“T”构的合龙，施工时应尽量避免。

参考文献：

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