叠合梁斜拉桥混凝土桥面板湿接缝浇筑工序研究

刘发梁 王荣辉 张卓杰

摘 要：叠合梁斜拉桥的施工工序繁多，施工过程会影响最终的成桥状态。以洛溪大桥为背景，在保证施工和成桥运营阶段结构受力安全的前提下，利用Midas civil有限元软件对该桥建立模型进行计算分析，开展桥面板滞后浇筑湿接缝和双节段循环施工对主桥结构受力影响的研究。研究表明，双节段循环施工每个标准节段至少可以节省3.5 d，并且主梁内力在几个不同方案当中处于最优状态，可以满足现场的实际需要，结构内力也可得到保障，并且施工周期也可以得到大幅度缩短。

关键词：叠合梁;斜拉桥;施工工序

中图分类号：U448.27

文献标志码：A

叠合梁斜拉桥的施工内容多，施工工序繁杂，施工工序对最终的成桥的线型及内力密切相关。不同的施工工序决定了主梁的内力分配，若施工考虑不充分，则可能会导致桥面板在施工或运营中开裂现象的发生，影响结构的安全耐久性。所以确保结构安全、保证施工及成桥合理状态、保证工期合理的前提下，如何确定主梁的最优施工工序是确保叠合梁斜拉桥质量的关键。

由于计算机技术的快速发展、超静定结构分析理论以及斜拉桥结构本身具有跨越能力大、结构性能好、外形美观、造价相对便宜等优点，拉桥得到了迅速发展[1-2]，国外学者MACORINI[3]等针对组合梁桥面板方法进行了研究，国内学者朱力等[4]对组合梁桥剪力滞效应进行了研究，伍彦斌等[5]对叠合梁斜拉桥的主梁钢混结合段传力机理进行了研究。张健[6]针对叠合梁斜拉桥桥面板湿接缝浇筑时间的合理性和双节段循环施工可行性进行了研究。祝海燕、易云焜[7-8]等对叠合梁斜拉桥的主梁的施工工序进行了详细的比选。胡俊等[9]对桥面板滞后浇筑湿接缝的工序进行了研究。王梓龙[10]对叠合梁斜拉桥滞后浇筑湿接缝的工序进行了解读分析。洪丽娟等[11]对组合梁斜拉桥的主梁双节段循环安装施工技术进行了研究。余毅等[12]以平塘特大桥为背景将一次浇筑一个节段湿接缝优化成为一次浇筑两个节段的湿接缝，并且该优化方案在工程中得到了应用。李连海[13]对叠合梁斜拉桥双节段循环施工的工法实用性进行了探究。沈卢明等[14]对主梁的拼装工序对钢梁应力的应力进行了计算分析。徐江洋[15]对单节段、双节段循环施工当中对比分析中跨合拢阶段和成桥阶段主梁下缘和桥面板应力分布的情况，分析不同的施工顺序对叠合梁斜拉桥受力的影响。在此基础上，本文以一座主跨305 m的叠合梁斜拉桥为背景，对混凝土的湿接缝浇筑工序进行研究，对比分析三种湿接缝浇筑工序在施工当中以及成桥状态的受力特点，选择出最佳的施工方案，结果可为同类型的桥梁施工提供参考。

1 工程概况

作为研究背景的洛溪大桥主桥设计为（30+95+305+110+30）m的双塔双索面叠合梁斜拉桥，如图1所示。主梁采用钢箱梁结合预制钢筋混凝土桥面板的叠合梁，二者通过剪力钉相结合，钢梁部分由两片箱型纵梁，横梁以及小纵梁共同组成钢梁格体系。箱型主纵梁的中心间距为13.4 m，主桥宽度为14.5 m。预制混凝土桥面板采用C60混凝土，厚25 cm，湿接缝处厚26 cm，为减少混凝土收缩、徐变对叠合梁产生的不利影响，桥面板在制梁场制作完成必须存放6个月才能安装。

2 混凝土桥面板湿接缝浇筑工序对结构的影响分析

湿接缝的浇筑顺序不同会影响到叠合梁内的应力大小及分布，导致不同工况下的结构应力状态不同。本文主要研究湿接缝的施工工序不同导致的结果差异性，已选择最优化的施工方案，根据以第n段梁为例，对比研究三种施工方案：方案一：单节段滞后1节浇筑湿接缝;方案二：单节段滞后2节浇筑湿接缝;方案三：双节段滞后1节浇筑湿接缝。施工步骤详细见表1：

2.1 有限元模型建立及数据结果

利用Midas civil对此叠合梁斜拉桥建立空间有限元模型分析计算，如图2所示，全桥主梁总共51个节段，斜拉索总共96根，全桥总共677个单元，872个节点，根据此斜拉桥工程实际情况添加边界条件。主塔、辅助墩以及过渡墩采用空间梁单元进行模拟，斜拉索采用只受拉桁架单元进行模拟，主梁采用组合梁单元进行模拟，计算时需要考虑P-Δ效应与斜拉索的非线性影响。利用Midas civil将表1当中的三种不同的施工工序进行模拟仿真计算对比，得到施工过程和成桥状态当中的钢梁以及混凝土桥面板的受力大小。详细数据见图3—8。图中梁段编号1—51对应主桥从小里程到大里程的顺序。

Z3主塔边跨合拢段为SB7、Z4主塔边跨合拢段为SB8。由图3和图4可知，边跨合拢段的钢梁所受到的拉应力在方案一当中为最大，中跨部分随着悬臂长度持续增加，边跨合拢之后施工状态由双悬臂施工变成单悬臂施工，钢梁所受到的应力也呈现递增的趋势。由于滞后浇筑湿接缝的原因导致在吊装中跨12#节段的时候11#和12#节段在三种方案架设的时候所受的拉应力一样，此时11#块钢梁位于梁端斜拉索梁端锚点截面处的拉应力在整个施工过程当中最大。主橋压应力的差别主要体现在中跨10～12#节段以及合拢口钢梁，这是由于双节段滞后浇筑混凝土导致钢梁和混凝土未形成钢-混整体断面的长度加大，从而应力分布长度加长，使得应力变小。

由图5可知，混凝土桥面板所受到的拉应力，边跨部分是满堂支架施工，桥面板湿接缝浇筑完成之后不受拉力，中跨合拢口和12#节段桥面板湿接缝在浇筑之后张拉跨中预应力束，桥面板处于受压状态。对于标准节段上的桥面板的拉应力的大小不同则是因为湿接缝浇筑的顺序不同导致的。在方案二中整体拉应力最小，但方案二中的最大拉应力达到1.899 MPa，接近规范设计值1.96 MPa。由图6可知，三种不同的施工工序状态下的混凝土桥面板的压应力误差在2 MPa以内。

由图7和图8可知，不同的施工工序会导致成桥状态下的主梁内力分布不同。并且不同的施工工序主要对跨中部分内力分布效果更加明显，混凝土桥面板和钢主梁内力分布规律在不同方案中都呈现同一种趋势。由于纵向预应力的作用使得存在预应力节段和中跨合拢段的压应力相对无预应力区域梁段更大。

2.2 应力对比分析

通过数据可知施工阶段中三种方案的应力差异，三种方案的钢梁的应力均满足规范要求，最大拉应力均为132.688 MPa，而压应力结果显示方案一中的钢梁压应力比方案二中的钢梁压应力大9.55%，方案二中的钢梁压应力比方案三中的钢梁压应力大5.88%;对于桥面板部分则是拉应力则是方案一中的桥面板的应力比方案二中的桥面板的应力大0.025 MPa，方案二中的桥面板的应力比方案三中的桥面板的应力大0.055 MPa，设计规范当中规定C60混凝土的最大拉应力不得大于1.96 MPa，而方案一桥面板的拉应力最接近规范要求的1.96 MPa。

三种方案成桥状态下应力结果同样也是方案一中的钢梁压应力大于方案二中的钢梁压应力，方案二的钢梁压应力大于方案三的钢梁压应力;三种方案成桥状态下的混凝土桥面板的压应力差值不超过1 MPa。

由论文中所选择的三种施工工序方案可知道，在双节段滞后一次浇筑湿接缝的施工工序当中，不仅主梁钢梁和预制混凝土桥面板的应力要优于其他两种方案，而且在施工过程以及成桥状态下的钢梁和混凝土桥面板的应力均不超限，钢梁应力和预制混凝桥面板应力在施工过程当中处于安全状态。

2.3 施工周期对比分析

方案一：吊装与焊接n#钢梁（4 d）→n#斜拉索安装与第一次张拉（2 d）→安装n#预制混凝土桥面板（1 d）→n#第二次张拉斜拉索（0.5 d）→吊机前移至n#块（0.5 d）→浇筑n-1#湿接缝并等强（7 d）;

方案二：吊装与焊接n#段钢梁（4 d）→n#斜拉索安装与第一次张拉（2 d）→安装n#预制混凝土桥面板（1 d）→第二次张拉n#斜拉索（0.5 d）→吊机前移至n#块（0.5 d）→浇筑n-2#湿接缝并等强（7 d）;

方案三：吊装与焊接n#段钢梁（4 d）→n#斜拉索安装与第一次张拉（2 d）→安装n#预制混凝土桥面板（1 d）→第二次张拉n#斜拉索（0.5 d）→吊机前移至n#块（0.5 d）→浇筑n-1#，n-2#湿接缝并等强（7 d）。

三个方案对比分析：方案一完成一个标准节段所需要的15 d，方案二完成一个标准节段所需要15 d，方案三完成两个标准节段所需要23 d，平均每个阶段需要11.5 d，方案三明显比方案一和方案二的施工周期短3.5 d。能够省下一个阶段浇筑湿接缝的时间以便提高工程施工进度。由此可知，整个施工过程中湿接缝浇筑及等强工序占用的时间比较长，怎样缩短此工序的所用时间是提高施工效率的关键，对于项目本身来说，按照实际情况和监控计算的结果，在实际施工过程中往往都是采用双节段甚至多节段循环施工以加快施工进度。

通过对比分析，对于施工周期来说，每个标准节段的使用天数也比前两种施工方案减少3.5 d，对于此工程来说，每个主塔有12个标准节段，架设主梁总共可以减少至少42 d施工周期。

3 结语

本文以叠合梁斜拉桥为背景，根据施工现场工期的需要，开展了叠合梁斜拉桥单、双节段循环施工的施工状态以及施工周期的对比研究。通过Midas civil软件对洛溪大桥进行模拟仿真计算，分析得到以下主要两点结论：

（1）在进行施工监控计算的过程中，不仅要考虑成桥状态的主梁内力和成桥索力满足要求，还必须保证在施工当中的钢主梁和预制混凝土桥面板的应力不超限。通过对此叠合梁斜拉桥的监控计算结果表明，钢主梁和预制混凝土桥面板的应力在施工节段都处于安全状态。

（2）此叠合梁斜拉桥的实际施工效果验证了双节段循环滞后一次浇筑湿接缝方案的可行性，并且可以有效地缩短工期，可为以后同类型的斜拉桥工程提供借鉴。

参考文献：

[1] 林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

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[8] 易云焜，岳青，严和仲.叠合梁斜拉桥主梁施工工序方案比选[J].公路，2012（12）：36-38.

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[10]王梓龙.解读叠合梁斜拉桥混凝土桥面板滞后浇筑湿接缝的工序[J].四川水泥，2018（6）：325.

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[14]沈盧明，秦建均.叠合梁斜拉桥主梁拼装工艺对钢梁应力的影响分析[J].西部交通科技，2018（11）：109-111.

[15]徐江洋. 钢混叠合梁斜拉桥施工控制及叠合面关键技术研究[D].西安：长安大学，2019.

（责任编辑：于慧梅）

Study on the Pouring Procedure of the Wet Joints of the Concrete

Deck of the Composite Beam Cable-stayed Bridge

LIU Faliang1， WANG Ronghui1， ZHANG Zhuojie*2

（1.School of Civil Engineering and Transportation， South China University of Technology， Guangzhou 510641，China;2.State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， China）

Abstract：

There are many construction procedures for composite beam cable-stayed Bridges， and the construction process will affect the final state of bridge. With the Luoxi Bridge as the background， the Midas civil finite element software is used on the premise of ensuring the safety of the structure during the construction and operation stages of the bridge to calculate and analyze the established model of this bridge. The research on the influence of the delayed pouring of the bridge slab wet joints and the double-section circulating construction on the stress of the main bridge structure was carried out. The results shows that the double-segment cycle construction can save at least 3.5 days for each standard segment， and the internal force of the main beam is in the optimal state among several different schemes， which can meet the actual needs of the site. The internal force of the structure can also be guaranteed， and the construction period can be greatly shortened.

Key words：

composite beam; cable-stayed bridge; construction process