吉林市白山大桥连续梁合拢顺序及劲性骨架方案研究

肖海龙

摘要：本文依托白山大桥连续梁合拢段施工项目，对连续梁合拢段施工技术进行了分析及研究。详细阐述了合拢段气温变化时轴力计算、降低轴力措施、劲性骨架设计、临时锁定方案、施工配重方案、施工要点等，为其它项目连续梁的合拢段施工提供参考作用。

Abstract： Based on the construction project of the continuous beam closing section of Baishan Bridge， this paper analyzes and studies the construction technology of the continuous beam closing section. The axial force calculation， the reduction measures of axial force， the stiff skeleton design， the temporary locking scheme， the construction weight scheme and the construction points are discussed in detail in the closed section temperature， which provides reference for the construction of the continuous beam of other projects.

关键词：悬浇连续梁;合拢段施工;劲性骨架设计;临时锁定

Key words： continuous casting continuous beam;construction of closed section;design of stiff skeleton;temporary locking

中图分类号：U445.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0102-03

0  引言

悬浇施工的预应力混凝土连续梁在施工及运营期间均不对桥下结构物、交通及净空造成妨碍，使得桥梁的连续梁结构得以广泛运用。随着技术的进步及经济的发展，连续梁也向着大跨度、大尺寸方向发展。对于悬浇连续梁而言，合拢段的施工技术要求高，难度较大，是连续梁成桥的关键环节，合拢段的施工需确保成型后的线型，及实现连续梁恒载等内力分布合理，降低各项次内力的不利影响。作者在白山大桥的施工中对连续梁合拢段施工工艺及技术进行了分析及研究，制定了降低温差轴力的措施、劲性骨架设计及施工方案等，以确保合拢段的施工质量。

1  工程概况

白山大桥主桥上部结构为58m+90m+90m+58m分幅式单箱双室变截面连续箱梁，桥墩主墩分别为Z23、Z24、Z25。连续梁每幅箱梁顶板宽17m，底板宽12m，两翼板悬臂长2.5m，箱梁顶板设置成2%单向横坡，梁高在中桥墩处为5.6m，边桥墩及跨中处为2.5m。

主桥采用悬臂浇筑法施工，共分为72个节段、8个合拢段、4个边跨支架现浇段，悬臂段采用3对三角形挂篮悬臂对称施工。

2  合拢段施工和体系转换顺序

连续桥梁采用悬臂灌注施工，为保证施工阶段的稳定，合拢顺序采取先边跨合拢，结构由双悬臂状态变成单悬臂状态，最后跨中合拢，成连续梁受力状态。

在合拢段施工过程中，由于昼夜温差影响，现浇混凝土的早期收缩、水化热影响，已完成梁段混凝土的收缩徐变影响，结构体系转换及施工荷载等因素的影响，采取相应的控制措施，以保证合拢段的质量。

3  合拢段温度变化荷载分析及施工方案研究

因合拢段混凝土浇筑至混凝土凝固及张拉预应力筋前，需经历较长时间，期间外界环境气温通常呈现较大变化，外界气温变化导致连续梁梁体发生热胀冷缩。因连续梁为线形结构，热胀冷缩变形累加值较大，热胀冷缩使得合拢段两端梁面距离的拉近或远离。在合拢段混凝土强度没有达到足够强度及张拉预应力筋前，温度变化使合拢段两端面产生的位移导致混凝土出现裂缝等病害，从而影响了连续梁结构的安全正常使用。故需对施工期气温变化对合拢段混凝土质量的影响进行分析，根据分析结果运用科学有效的应对措施确保施工质量，以下分升温、降温两种情况对连续梁合拢段施工状况进行分析，以便实施有效措施。

3.1 外界温度升高时

外界环境温度升高时，连续梁发生线性膨胀，使得合拢段长度方向空间受压缩，施工时通常在合攏段内设置刚性的劲性骨架以保持合拢段长度值的稳定，可见劲性骨架承受温升的轴向压力，确保未达强度的混凝土不出现压缩裂缝。

当连续梁在主墩处为固结时，且合拢段内设置钢性支撑，其长度不可压缩的情况下，简化成温升时连续梁按线性进行膨胀，挂篮悬浇节段断面大小按平均值，则按式（1）进行温升膨胀对劲性骨架产生的轴向压力计算。

式中：N—温升膨胀产生的轴向压力;？驻t—温度升高值;α—线膨胀系数，在两端受约束时钢筋及混凝土的取值均是1×10-4;l、lh、lg—分别为合拢段长度、悬浇连续梁节段长度和合拢口处钢支撑长度;Eg、Eh—分别为钢筋及梁体混凝土的弹性模量，连续梁采用C50混凝土，其弹性模量取35GPa，钢筋取200GPa;Ahi—第i段连续梁的平均断面面积;lhi—第i段连续梁梁长。

查阅吉林市气候历史记录，结合本项目合拢段施工进度安排，预计合拢段混凝土浇筑至张拉预应力筋期间，最高升温值为18℃，将温升值及连续梁设计参数代入式（1），计算得最大温升对劲性骨架产生的轴向压力达到39306kN。此压力值非常大，通常的型钢材料本身及联结处难以承受，故无法按常規方法设置劲性骨架，需降低温升对劲性骨架产生的轴向压力。

本项目进行中间合拢段施工时拟采取如下施工措施以减少温升压力：当中跨劲性骨架完成锁定后，立即释放Z23、Z25号墩临时支座的纵向固结，当温升时，连续梁梁体能够沿着桥墩支座顶部纵向自由滑移，则劲性骨架承受的轴向压力采用式（2）进行计算。

式中：N—温升时的连续梁膨胀使劲性骨架承受的轴向压力;f—连续梁与支座间的滑动摩阻系数，取值按0.06;Q—连续梁施加于支座上的重量荷载;Ny—合拢段临时预应力束的张拉力。

3.2 外界温度降低时

外界环境温度降低时，连续梁发生线性收缩，使得合拢段劲性骨架承受轴向拉力，导致未达设计强度的混凝土出现受拉裂缝。

当连续梁在主墩处为固结，降温时，连续梁合拢段承受的轴向拉力也采用式（1）进行计算，拉力值也是非常大，通常的型钢材料本身及联结处难以承受。在本项目采取释放Z23、Z25号墩支座纵向固结的情况下，因降温而使劲性骨架产生的拉力按（3）式进行计算。

4  温差使劲性骨架承受的轴向压力计算及劲性骨架设计方案

4.1 降温荷载分析及采取的抵抗措施

查阅本桥所处的吉林市在合拢段计划施工期间的外界气温变化特征，混凝土浇筑后及强度达到设计要求前，预计连续梁降温幅度最高为？驻t=8℃。按式（3）计算得降温对劲性骨架产生的最大轴向拉力为：

通常是设置张拉临时预应力筋以抵制降温产生的拉力，由于本项目采取释放Z23、Z25号墩支座固结的措施，大幅降低了降温轴向拉力，故不需设置临时预应力以抵抗降温拉力，而采取加强劲性骨架承受拉力的能力，以抵抗降温拉力。同时也减少了施工工序，降低了施工成本。

4.2 降温荷载分析及采取的抵抗措施

前述试算可知，当按预计最大升温值为？驻t=18°进行计算，当两端墩顶固结时，温升对梁体产生的轴向压力过大，仅通过刚性支撑难以抵抗，故本项目是边、中跨合拢施工时，均解除了相应墩顶的约束，使得温差引起的部分轴向力因梁体与支座间的滑动而得到释放。梁体因温差而产生的轴向应力与梁与支座间的摩擦力相等。本项目中跨合拢时劲性骨架所承受的升温压力为最大，按式（2）进行计算。将各项数值代入，得：

N=2002.14×26×0.06+0=3123.3kN。

5  劲性骨架设计

为了防止合拢段混凝土在张拉预应力筋之前，因外界气温变化引起梁体纵向膨胀或是收缩而使得混凝土出现开裂，故需设置劲性骨架。当合拢段完成模板支立、钢筋绑扎、配重之后，在设计的合拢温度下将劲性骨架水平杆焊死在预埋钢板上，完成锁定，在合拢段张拉预应力前，由劲性骨架承受环境气温变化而产生的轴向拉力或是轴向压力。

本项目采取体外刚性支撑的方式设置劲性骨架，因体外支撑不仅不影响合拢段混凝土浇筑的施工，且其结构利于抵抗连续梁降温收缩产生的拉力，劲性骨架结构设计如下。

骨架的承载水平杆采用型钢组合截面，每处水平杆由2根[40a槽钢对扣而成，项目合拢段共设10处。水平杆长为510cm，在水平杆组合的上部及底部纵向按间隔40cm设置厚度2cm的52cm×20cm缀板，使得水平杆形成承载良好的整体结构。槽钢水平杆两端与连续梁节段混凝土表面预埋的钢板焊接连接，焊接为两侧角焊，焊缝焊脚高度为12mm，有效焊缝长度145cm，预埋钢板的尺寸为150cm×60cm×2cm（长×宽×厚）。钢板通过长度20cm的？准20锚筋固定于已浇筑的连续梁节段上，每块预埋钢板设置60根锚筋。本项目劲性骨架结构设计如图1、图2所示。

6  劲性骨架承载检算

6.1 材料及其参数

劲性骨架承载水平杆采用组合截面，材料为两根[40a槽钢对扣而成，如图3所示，截面系数如图中所示。

6.2 槽钢水平杆验算

槽钢[40a截面特性：截面面积A=75.05cm2，每米重量q=71.47kg/m，惯性矩IX=19711.2cm4，IY=592cm4。抗压强度f=180MPa。

组合截面：

IX=2×19711.2=39422.4（cm4）

IY0=2×[592+75.05×（56/2-2.49）2]=98863.1（cm4）

因IX

因水平杆承受轴向压力，故需进行其杆件稳定性计算。

iy=（39422.4/150.1）-2=16.2

构件长细比λ=l0/rx=210/16.2=13.0<150

查表得纵向弯曲系数Φ=0.986

故[N]=0.986×75.05×10-4×180×106=1331987N=1331.987kN>N=3123.3/（2×10）=156.2kN。

经过承载验算，可知型钢组合的水平杆抵抗温差荷载的能力满足设计要求。

6.3 托架焊缝验算

预埋钢板与水平杆的焊缝焊脚高度为12mm，有效长度1450mm×2，采用单面坡口贴脚焊的焊接形式，焊道等级为二级。根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）相关规定，焊缝抗剪强度按fWf=160MPa。

则有：

τ=（3123.3×103）/（20×1.45×0.012×0.7）=12.8MPa

焊缝强度满足承载要求。

以上计算结果表明，劲性骨架结构承受的温差轴向压力或拉力的强度满足安全要求。

7  施工注意事项和质量控制要点

7.1 确定施工时间

进行合拢段施工前，需持续进行10d的环境各时段气温的测量并记录，以获得合拢段施工期间的最高、最低气温。结合天气预报，制定合拢段锁定、混凝土浇筑的时间方案。

7.2 模板及支撑系统

跨中合拢段施工，采用一个挂篮向形成合拢段施工支架。

7.3 合拢段的配重及换重

合拢段锁定前，在合拢段两端的连续梁节段上设置水箱进行配重，每端配重按合拢段混凝土重量的50%，本项目中跨合拢段混凝土量为62.6m3，故每侧悬臂端的配重为62.6×26×50%=813.8kN。连续梁端头设置水箱配重，随着混凝土的浇筑而卸载相应配重，以确保荷载与成桥后相同。

7.4 劲性骨架锁定

勁性骨架锁定前，先将水平杆一端与预埋钢板焊接固定。达到设计锁定温度后，将水平杆活动端临时固定，立即焊接固定水平杆的活动端，从而完成骨架锁定。

7.5 合拢段混凝土浇筑

选择在一天中最低温度，且日气温变化幅度小的时段内进行合拢段的混凝土浇筑。

严格按要求进行覆盖及洒水养护，确保混凝土内部最高混凝土温、混凝土中心与混凝土表面、混凝土表面与外界的温差满足规范要求，不得超过15℃。

为了确保合拢段混凝土浇筑质量，增强合拢段混凝土的与节段梁混凝土面的结合，拟采用微膨胀混凝土，并将设计混凝土强度由C50提高至C60。

8  结束语

制定科学合理的劲性骨架结构设计、锁定方案是连续梁成功合拢成型的关键，施工前应进行分析、研究，制定科学合理的施工技术方案。当合拢段两端桥墩支座与连续梁为固结时，通常气温变化引起劲性骨架的轴向压力或拉力超万吨，需采取解除相应墩顶固结的方法使温度产生的轴力降低到型钢劲性骨架可承受的范围内，以确保施工质量。

参考文献：

[1]GB50017-2017，钢结构设计标准[S].

[2]郑乃金.哈萨尔桥连续梁合拢段施工分析[J].中小企业管理与科技，2014（9）.

[3]林哲.刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算[J].企业技术开发，2009（4）.