桥梁合龙配重对主梁挠度及应力影响性分析

劳业亮

（中铁二十五局集团第一工程有限公司，广东 广州 510405）

1 合龙配重的主要配重计算方式

合龙阶段作为连续梁最关键的工序转换阶段，合龙期间的配重荷载设置、合龙顺序、技术工艺、外界条件等因素直接影响桥梁本身的整体性能及后期结构受力挠度变化。合龙配重阶段主要指连续梁悬臂施工工艺中最大悬臂状态下的桥梁合龙阶段，配重的主要目的是防止梁体扰动，同时调节主梁线形标高，控制悬臂两端的高程差等，因此配重的大小及设置方式尤为关键。合龙配重分为基本配重与附加配重两部分，主要包括三种配重计算方式等重量压重法、等弯矩压重法及等位移压重法。

（1）等重量压重法。

对梁体最大悬臂端两侧分别加载压重，压重根据合龙段混凝土浇筑重量确定，通常为合拢段混凝土浇筑重量的一半[1]。操作中要求压重的加载和卸载均应对称于梁轴线，其优点是计算简单、施工人员容易操作。等重量压重法是目前应用较为广泛的方法。

（2）等弯矩压重法。

指悬臂端合龙吊架所受到的力对墩顶的弯矩等于端部压重对墩顶的弯矩[2-3]。其优点是计算简单、施工人员容易操作、加载位置明确；缺点是会引起合龙段两端悬臂扰动。

（3）等位移压重法。

等位移压重法利用力学原理确定两侧最大悬臂处配重重荷载及加载位置，消除合龙阶段混凝土浇筑过程中梁体扰动的影响。其优点是能够严格控制两侧最大悬臂的扰动、压重加载位置明确；缺点是配重荷载不易计算。

2 项目概况

赣深铁路柳城东江特大桥建设于广东省龙川县柳城镇辖区内，全桥设计长度2 600.755 m，全桥设计1联88 m+160 m+88 m悬臂现浇连续刚构上跨东江。梁体采用悬臂浇筑工艺，先分跨、后中跨的合拢顺序，梁体为单箱单室，变高度、变截面结构。

3 合龙误差分析与配重设置

《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F 50—2011）中规定，跨径小于100 m的悬臂浇筑的预应力混凝土梁，合龙高差应控制在20 mm以内[4]。

文章共设置两侧高程差为0、10、15、20 mm等四个等级梯度，以两侧高差值换算需要加载的配重大小。在高侧悬臂端进行加载，分析不同高差梯度下的合龙配重值对于主梁挠度及应力的影响程度。从合龙后、二期铺装完成后、桥梁运营十年收缩徐变三个不同工况进行对比分析。

4 有限元模拟分析

通过Midas Civil 2019软件对柳城东江特大桥建立有限元分析模型[5-6]，模拟最大悬臂状态下梁体两侧高程差等级。在模型分析中，通过对最大悬臂一侧较高处施加荷载的形式模拟现场实际配重，假定左侧悬臂段标高高于右侧悬臂端。在左侧悬臂段通过施加荷载，迫使两侧标高一致，分析合龙以及合龙后运营过程中，主梁挠度及应力变化情况，对比高程差为0时的理想状态。

全桥有限元模型如图1所示。

图1 全桥有限元模型

在Midas Civil 2019有限元软件中，对比分析桥梁合龙段施工完成后，主梁被施加不同的配重荷载情况下，主梁挠度及截面应力变化情况。

中跨合龙工况挠度情况与应力情况如图2、图3所示。

图2 中跨合龙工况挠度情况

图3 中跨合龙工况应力情况

由图2、图3可知，左侧悬臂段施加配重荷载后，随着配重荷载增加，合龙施工完成后，主梁挠度变化显著；边跨侧表现为高程差越大，主梁上挠趋势越明显；中跨侧表现为主梁下挠变形值随着两侧高程差的增加而增大，当高程差为20 mm时，主梁左侧悬臂段变形相比理想状态提升了68%，影响显著；右侧最大悬臂段，施加配重荷载后，挠度有所降低，有上挠趋势；在左侧中跨1/2梁段，存在应力波动情况，主要集中在左侧梁段，但变化幅度较小。

分析主梁被施加不同的配重荷载后，桥梁二期施工完成后的主梁挠度及截面应力变化情况如图4、图5所示。

图4 桥梁二期施工完成后的主梁挠度情况

图5 桥梁二期施工完成后的应力情况

由图4、图5可知，左侧悬臂段施加配重荷载后，随着配重荷载增加，二期铺装施工完成后，主梁挠度变化显著。当两侧高程差从0增加到20 mm时，主梁最大悬臂处附近挠度由16.2 mm提高至36.3 mm，挠度变化量为20.1 mm，说明二期铺装完成后，配重荷载对主梁下挠的影响相比合龙完成后更大；在中跨合龙段，应力变化相对明显，主要表现为随着荷载增加，中跨合龙段应力相比理想状态略有增加，应力波动幅度较明显。

分析主梁被施加不同的配重荷载后，10年收缩徐变后挠度及应力情况如图6、图7所示，桥梁小桩号侧10年收缩徐变工况关键截面下挠度对比情况如表1所示。

表1 10年收缩徐变工况关键截面下挠度对比情况

图6 10年收缩徐变后挠度情况

图7 10年收缩徐变后应力情况

由图6、图7及表1可知，10年收缩徐变后，桥梁整体结构趋于稳定，配重对于主梁挠度及应力影响基本成型，当高程差为20 mm时，加载配重后主梁最大悬臂段下挠值达到48.2 mm，相比理想状态下的28.6 mm提高了约20 mm，变化幅度达到68%；在右侧悬臂梁端，施加配重荷载后，右侧悬臂梁端挠度有所降低；在中跨合龙段，应力主要表现为随着荷载增加，中跨合龙段应力明显增大。

5 结语

文章以柳城东江特大桥为样本，通过有限元软件进行计算分析，从挠度及应力角度，对比三种工况（中跨合龙、二期铺装、10年收缩徐变）下主梁挠度变化及应力变化情况。

（1）随着配重荷载增大，对施加配重荷载侧梁段，挠度变化幅度大，且中跨侧尤为明显；未施加荷载侧梁端，在中跨合龙处挠度略有降低；结果表明配重荷载对主梁挠度影响较大，荷载取值的大小是主梁挠度的主要影响因素。

（2）随着配重荷载增大，合龙段施工完成后，对主梁应力影响效果较小；二期铺装完成后，在后续的运营阶段过程中，中跨合龙段处应力存在波动，说明配重荷载的大小对主梁应力存在一定的影响，但影响程度较小。

研究成果表明，配重荷载对主梁挠度影响较大。因此，在施工过程中做好标高控制，缩小合龙误差，降低非必要的合龙配重，减少合龙配重对主梁至关重要。针对合龙误差的控制，可以从三个方面着手：

（1）施工过程中，尽量控制悬臂梁段材料、机器等荷载的影响，做好两侧平衡布载，避免因某侧偏载导致梁段挠曲，加大合龙误差。

（2）施工放线过程中，提高桥梁监控频率及精度，及时做好标高控制与纠偏，完善施工浇筑前后对桥梁标高的数据采集工作，及时分析挂篮变形，制定合理的标高控制方案；针对变形异常，做到及时调整，避免累加误差导致配重荷载增大。

（3）针对即将施工至最大悬臂梁端附近的前两、三个节段，做好高程统一控制，两侧悬臂放线标高均采用同一后视点进行控制，减少高程点标高误差带来的放线误差。