不同施工设计方案对连续刚构桥主梁及桥墩受力影响研究

丁振亚，王占鲁

中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290

为了提高桥梁建筑质量，我国研究机构推出了连续钢结构桥梁。该结构桥梁不仅继承了“T”形刚构桥的优势，即受力点分布均匀，而且承接了连续梁桥的抗弯能力。由此看来，这种新型桥梁结构具有良好的负弯矩能力。考虑到连续刚构桥项目施工容易受多因素影响，为了确定最佳施工方案，文章选取桥墩受力和桥主梁受力作为测试指标展开影响试验研究。

1 工程简介

文章以某桥梁建设工程为例，通过设计三种不同的施工方案展开测试分析。该工程采用连续刚构桥建设方案施工，主要分为三部分，即S1 联、S2 联、S3 联。其中，S1联布设4 个桥墩，间距为26m；S2 联分为3 部分，左侧和右侧对称，布设2 个桥墩，两者间距为60m，左侧和右侧分别预留38.5m，分别与S1 联和S3 联桥面连接；S3 联与S1联对称，布设4 个桥墩，间距为26m。横桥宽度为21m，选取单箱3 室截面方法作为桥梁的横断面。为了加固桥梁，在引桥和主桥位置均采取满堂支架现浇处理。

2 施工设计方案

为了挖掘一种高质量连续刚构桥施工设计方案，文章设置了三种施工设计方案，对比这三种施工设计方案的桥梁及桥墩稳定性，从中选取一种最佳施工方案，将其作为连续刚构桥施工参考依据。施工设计方案一如图1 所示。

图1 施工设计方案一（单位：m）

施工设计方案一：该施工方案选取主桥边跨位置作为施工缝，沿着施工方向测量26m，布设1 个桥墩，左右两侧施工对称。其中，中跨长度为65m，在边跨13m 处布设施工缝。

施工设计方案二：在施工方案一基础上，对施工缝的位置进行了调整，从边跨处移动到中跨处。具体设计：在主桥中跨位置布设施工缝，完成满堂支架现浇工艺施工，并在接缝处设置临时支点，左右桥梁施工工艺对称。其中，中跨总长度为68m，沿着施工反方向在其左侧和右侧13m 处分别布设施工缝。另外，在距离中跨桥墩38.5m处，布设桥墩，左侧与右侧施工对称。

施工设计方案三：在施工方案设计二的基础上，调整了临时支点位置，从距离中间位置左侧15m 处截面移动至距离中间位置右侧15m 处位置。具体设计：施工缝与桥墩位置的布设与施工设计方案二相同，在距离右侧施工缝5m位置设置新的临时支点截面布设点，将距离中间位置左侧15m 处截面移动至此位置，形成新的施工方案。

3 受力分析模型及试验方法

该研究选取Midas7.41 作为桥梁结构分析工具，构建桥梁模型，以便对桥梁各个位置受力情况进行分析。桥梁受力分析模型如图2 所示。

图2 桥梁受力分析模型

该模型中，主桥的支梁高度为3.1m，边支梁和跨中梁高度均为1.9m，采用抛物线形状布设梁底线，布设位置距离墩中心5.8 ～25.3m 距离范围进行建模，形成2 个抛物线。另外，顶板厚度为0.27m，抛物线与墩中心的距离为0.24m，支梁腹板厚度和跨中腹板厚度分别设置为0.78m、0.49m。

该研究以强度1860MPa 标准进行钢束布设，横梁钢绞线标准为17φS15.3mm，纵桥向钢绞线标准为13φS15.3mm、17φS15.3mm。

为了便于分析，此次试验分析按照部分预应力构件进行研究，选取混凝土徐变、混凝土收缩、恒载、钢束、人群与车道荷载作为研究参数。利用软件设置不同温度等参数条件下的影响分析模拟试验，对桥梁及桥墩受力影响情况展开全面分析。竖向梯度温度值设定为-7.6 ～-2.8℃、15.4 ～5.73℃两个荷载环境；均匀温度的影响分析，设定-17.2℃、15.1℃两个荷载环境。按照桥梁施工规范分别将施工设计方案一、施工设计方案二、施工设计方案三投入模型分析应用中，分别观察其对桥梁质量的影响情况。

4 不同施工设计方案对桥主梁及桥墩受力影响

4.1 不同施工设计方案对桥主梁受力影响

按照施工试验方法，分别模拟三种施工设计方案的施工效果，输入关键参数数值后，软件操作界面将自动生成施工效果，从而获取桥主梁影响信息，结果如表1 所示。

表1 桥主梁跨中截面受力统计表

根据表1 中的统计结果显示，钢束及结构恒载对桥梁正弯矩影响较大。其中，钢束1 次对三种施工设计方案造成的影响导致测得的弯矩均为负值，在很大程度上阻止了跨中正弯矩的形成，对提高桥梁的稳定性有较大帮助。当施工进展到钢束2 次时，3 种施工方案对桥梁稳定性的影响产生差异。其中，施工设计方案二和施工设计方案三均产生了负弯矩，有利于提高桥梁稳定性，而施工设计方案一对此起到反作用，不利于提高桥梁稳定性。因此，钢束2次对连续刚构桥影响最大，施工设计方案二和施工设计方案三可行。

通过计算三种施工设计方案的跨中距合计值可知，施工设计方案三是三种施工方案中数值最小的施工设计方案，较其他两种施工设计方案减小幅度最为显著，其次为施工设计方案二，合计值为7984.24kN·m，而施工设计方案一合计值最大。根据截面下边缘压应力的统计分析，施工设计方案三压应力最大，数值为3.61MPa，施工设计方案一数值最小，两者差值为1.73MPa，施工设计方案二位于其中，压应力数值为2.58MPa。

4.2 不同施工设计方案对桥墩受力影响

文章研究的连续钢构桥自身存在受力情况，因此在研究不同施工设计方案对桥梁施工质量桥造成影响问题时，文章将桥墩受力作为分析指标进行分析。此工艺桥梁2 个墩柱垂直力受恒载的影响产生差异，并且数值差异较为显著。不仅如此，位于墩顶处的弯距较大，形成的弯矩大小与降温条件下状况基本相同，不利于提高结构承载力。而且不同的施工设计方案设置的结构不同，这些施工结构中桥墩受力情况是否会降低承载力值得探究。该研究利用构建好的桥墩模型，将不同施工方案参数输入其中，从而获取桥墩受力影响相关数值。不同施工设计方案下的桥墩受力模拟结果如图3 所示。

图3 不同施工设计方案下的桥墩受力模拟结果

根据图3 的模拟结果可知，施工设计方案一产生的桥墩弯矩值为33359.23kN·m，施工设计方案二产生桥墩弯矩值为31522.69kN·m，施工设计方案三产生桥墩弯矩值为31701.23kN·m。由此看来，施工设计方案二与施工设计方案三的应用对桥墩受力影响相近，较施工设计方案一影响小一些。

综合上述量两项指标模拟试验分析结果，施工设计方案二和施工设计方案三均可以作为连续刚构桥建设施工设计参考依据，两种施工设计方案相同之处为主桥中跨位置布设施工缝。因此，在优化连续刚构桥建设方案时，根据工程所处位置影响因素，设定施工缝与桥墩之间的距离、截面布设位置等参数，以此提高桥梁及桥墩承载力，使桥梁建设工艺水平得以提升。

5 结束语

文章以连续刚构桥施工质量提升问题为研究内容，通过布设三种施工方案，研究桥墩受力和主梁受力情况，从三种施工方案中挑选出有利于提高桥梁承载能力的施工设计方案。模拟试验结果表明，施工设计方案二和施工设计方案三产生的弯矩为负值，并且对桥墩受力影响较小，因此具有帮助桥梁改善承载能力的作用。