高速公路满堂支架现浇箱梁施工技术分析

■张志强

(永升建设集团有限公司， 克拉玛依 834000)

近年来，随着我国交通体系的不断发展，“交通强国”依然是国家发展的重要战略方向，其中高速公路桥梁建设也在如火如荼地进行之中。 桥梁施工过程中的施工工艺对于保证桥梁后期能够安全运营至关重要，由于满堂支架施工方法能有效节约建设成本，众多工程师对其进行了详细研究，主要有：刘景雷[1]、傅菁俊[2]认为现浇箱梁具有整体性好、抗扭性能大、横向抗弯刚度大、稳定性好等特点，采用满堂支架是现浇箱梁施工的一种常用方法，之后结合具体的高速公路桥梁施工实例，简要探讨满堂支架现浇箱梁的施工技术；杨安伦[3]、林元胜[4]以某高速公路满堂支架现浇箱梁的施工作为案例进行分析，对满堂支架现浇施工技术进行总结，可为今后解决满堂支架现浇施工中的重、难点问题提供很好的借鉴；周兴志[5]、何俊[6]针对满堂支架现浇箱梁施工技术，结合江口至都格高速公路开阳至息烽段第二合同段实例对该技术的施工工艺进行了深入地分析，并得出满堂支架现浇箱梁施工技术可简化施工操作，具有较高综合效益特点的结论；程学会[7]通过对满堂支架现浇箱梁施工技术工程各道工序的理解对技术指标、地基处理、满堂支架的搭设与预压、钢绞线安装、箱梁砼浇筑、预应力张拉、落模等一系列技术进行阐述，并结合工程实际对浇箱梁施工技术进行了总结与浅析；张立新[8]认为现浇箱梁是高速公路桥梁的重要组成部分， 具有抗扭性能大、稳定性好、横向抗弯刚度大的特点，可被广泛地应用于高速公路桥梁施工当中，并从高速公路的地基处理和满堂支架的搭设出发，深入研究了高速公路满堂支架现浇箱梁施工技术的关键要点。 本文以某高速公路满堂支架现浇箱梁施工为例，采用有限元分析软件Midas/civil 建立了全桥模型， 重点从各施工阶段箱梁的位移、纵桥向应力和弯矩，以及预拱度计算等方面对高速公路满堂支架现浇箱梁施工技术进行了详细分析，研究结果可为类似工程施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

某高速公路现浇连续箱梁采用C40 混凝土进行施工，其上部结构共分为3 联，其中一联是4 孔26 m预应力混凝土连续梁，一联是3 孔28 m 的预应力混凝土连续梁，最后一联是4 孔28 m 预应力混凝土连续梁。桥梁全长为1260 m，桥面宽度为24 m，包括左右侧的防护栏各0.5 m， 左右侧的车道各10.0 m，以及中间的分离带3.0 m。 由于第1 联和第3 联尺寸一致，故本文主要选取第1 联和第2 联进行分析。

2 数值建模

图1 为采用大型有限元软件Midas/civil 建模得到的第1 联和第2 联的箱梁模型图。 方向选取时以箱梁截面横向方向为x 轴，以箱梁截面高度方向为y 轴，以向上为z 轴。 规定以x 轴向右、y 轴向内及z轴向上为正方向。第1 联跨径为，模型中共有62 个节点，共61 个单元。第2 联跨径为，模型中共有48个节点，共47 个单元。

图1 数值模型图

桥身全部采用标号为C40 的混凝土， 其参数指标如表1 所示。在施工过程中，将施工过程分为2 个阶段：(1)阶段一：该阶段对第1 跨和第2 跨及其悬臂端进行混凝土浇筑和张拉预应力；(2)阶段二：该阶段对第3 跨及第4 跨进行混凝土浇筑和张拉预应力。

表1 模型材料参数

3 数值结果分析

3.1 箱梁第1 联数值分析

首先对箱梁的第1 联进行分析，施工阶段一时的箱梁整体位移图如图2 所示，由图可知，第1 跨和第2 跨的最大挠度值分别为4.8 mm 和4.6 mm，最大挠度发生在跨中位置，沿纵桥向方向从跨中到两边挠度逐渐减小，直至到达两支座处挠度趋于0。

图2 阶段一箱梁整体位移

图3 为施工阶段一时的箱梁纵桥向内力图，包括有弯矩和应力云图，由图3(a)可知，弯矩最大值为32.0 kN·m，发生在第1 跨跨中位置，两跨之间支座处弯矩方向与跨中相反，其值为19.3 kN·m。 图3(b)为箱梁的组合应力图，由图可知，在第1 跨的跨中应力最大，最大值为4.1 MPa。

施工阶段二时的箱梁整体位移图如图4 所示，由图可知，第四跨的挠度最大，其次是第1 跨，最小的是第3 跨。 最大挠度值为5.1 mm，最大挠度发生在跨中位置，沿纵桥向方向从跨中到支座挠度逐渐减小，直至到达两支座处挠度趋于0。

图3 阶段一箱梁纵桥向内力图

图4 阶段二箱梁整体位移

施工阶段二时的箱梁纵桥向内力图如图5 所示，由图5(a)可知，弯矩最大值为33.8 kN·m，发生在第四跨跨中位置， 其次是第1 跨跨中弯矩较大。图5(b)为箱梁的组合应力图，由图可知，在第4 跨的跨中应力最大，最大值为4.3 MPa。

图5 阶段二箱梁纵桥向内力图

3.2 箱梁第2 联数值分析

对箱梁的第2 联进行分析，图6 为施工阶段一时的箱梁整体位移图，由图可知，第1 跨和第2 跨的最大挠度值分别为6.1 mm 和6.0 mm， 最大挠度发生在跨中位置，沿纵桥向方向从跨中到两边挠度逐渐减小，直至到达两支座处挠度趋于0。

图6 阶段一箱梁整体位移

施工阶段一时的箱梁纵桥向内力图如图7 所示，包括有弯矩和应力云图，由图7(a)可知，弯矩最大值为35.9 kN·m，发生在第1 跨跨中位置，两跨之间支座处弯矩方向与跨中相反，值为23.6 kN·m。图7(b)为箱梁的组合应力图，由图可知，在第1 跨的跨中应力最大，最大值为4.6 MPa。

图7 阶段一箱梁纵桥向内力图

施工阶段二时的箱梁整体位移图如图8 所示，由图可知，第3 跨的挠度最大，其次是第1 跨，最小的是第2 跨。 最大挠度值为8.8 mm，最大挠度发生在跨中位置，沿纵桥向方向从跨中到支座挠度逐渐减小，直至到达两支座处挠度趋于0。

图8 阶段二箱梁整体位移

图9 为施工阶段一时的箱梁纵桥向内力图，包括有弯矩和应力云图，由图9(a)可知，弯矩最大值为42.6 kN·m，发生在第3 跨跨中位置。 图9(b)为箱梁的组合应力图，由图可知，在第3 跨的跨中应力最大，最大值为5.3 MPa。

图9 阶段二箱梁纵桥向内力图

3.3 预拱度计算方法与结果

所谓预拱度，即为抵消桥梁箱梁在荷载下产生的挠度，需要在施工时预留与位移方向相反的校正量。 预拱度的计算可采用下式进行计算：

其中：f1为预应力下的位移量；f1为自重下的位移量；f3为由于体系转换得到的附加变形；f4为桥梁二期铺装下的变形量；f5为在人群荷载和活荷载下的挠度；φ(t1,τ)为徐变系数；ηθ1为桥梁箱梁在前期变形时的增长系数；ηθ2为体系转换的挠度变化增长系数。

通过计算， 得到了箱梁各孔位的预拱度计算值，如图10 所示，计算结果可以为设计提供指导。

图10 不同孔位处预拱度值

4 结论

本文以某高速公路满堂支架现浇箱梁施工为例， 采用有限元分析软件Midas/civil 建立了全桥模型，重点从各施工阶段箱梁的位移、纵桥向应力和弯矩， 以及预拱度计算等方面对高速公路满堂支架现浇箱梁施工技术进行了详细分析，得到以下结论：

(1)箱梁的最大挠度均发生在跨中位置，且沿纵桥向方向从跨中到两边挠度逐渐减小，直至到达两支座处挠度趋于0。

(2)对于第1 联，施工阶段一时其挠度、弯矩和应力均在的第1 跨跨中处最大；施工阶段二时其挠度、弯矩和应力均在的第3 跨跨中处最大，其次是第1 跨，最小的是第3 跨。

(3)对于第2 联，施工阶段一时其挠度、弯矩和应力均在的第1 跨跨中处最大；施工阶段二时其挠度、弯矩和应力均在的第3 跨跨中处最大，其次是第1 跨，最小的是第2 跨。

(4)给出了预拱度的计算方法，并通过计算得到了箱梁各孔位的预拱度计算值， 计算结果可以为设计提供指导。