节段悬浇施工大跨连续梁空间受力特性研究

李超

（广州京穗勘察设计有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着预应力技术的发展和逐步完善，大跨度预应力混凝土结构连续梁应用越来越广泛，连续梁桥由于结构在恒载和车载等作用下，中间支点提供了一定的反向负弯矩，使得跨中正弯矩大大减少，且通常情况下负弯矩效应较正弯矩明显不利。作为超静定体系的连续梁，如温度变化、地基沉降以及预加力等均会使结构产生次应力。混凝土结构采用钢绞线提供预加力效应可以有效避免开裂，能够充分发挥材料的自身优势。从其特点来看，预应力混凝土连续梁相比简支梁桥具有更强的跨越能力，且减少了伸缩缝的使用、超载能力大，刚度大、变形小等优点，在近代桥梁建筑方面，工程实际应用涉猎颇广。

根据连续梁的受力特点，对于大跨度变高连续梁，边中跨比值一般取0.5~0.8之间，以尽量使其边中跨最大正弯矩相等，从而达到经济的目的。针对变高梁，梁底多采用圆曲线或二次抛物线，折线性则较为少见，同时为满足受力要求，箱室各板件尺寸多采用变厚度。根据施工特点，常见的有挂篮悬灌施工、整体浇筑施工以及移动模架逐孔施工等，实际施工时需结合现场情况进行合理选取合理。本文着重研究挂篮悬灌施工，由于挂篮悬灌施工需进行挂篮设计，对挂篮质量要求较高。施工时为保证两侧平衡，需要同步同量浇筑，确保两侧受力均匀。现实中，影响施工质量的因素各式各样，而以其施工工艺最为直接，为保证施工质量，提高现阶段工艺水平是该类桥梁更高更远发展的重中之重[1]。

本文结合工程案例，以（72+128+72）m节段悬浇施工大跨预应力混凝土连续梁为研究基础，利用迈达斯和BSAS综合分析悬浇连续梁的受力特性，并相互校核本结构验算的正确性，同时证明本桥梁结构设计的安全性和合理性。最终希望本文能为类似桥梁提供一定的借鉴价值。

1 工程应用

绍兴某一铁路连续梁桥，构造跨度为（72+128+72）m无砟轨道预应力混凝土单线悬浇连续梁。单线防护墙内侧净宽4.4m，桥面板宽8.5m。

桥梁全长为273.8m（含两侧各15cm梁缝），边中跨比值为0.563。结构外部尺寸为中支点梁高9.6m，边支点及跨中标准段梁高4.6m，支座距梁端0.75m，梁高按R=401.031m圆曲线变化。全桥共分71个梁段，A0梁段长14m；一般梁段划分3m、3.5m、4.0m不等，边中跨合龙段长均为2m，边跨现浇段长7.75m。

箱梁采用单箱单室变高度截面。结构顶宽8.5m，底宽6.8m。结构内部尺寸为顶板厚0.5m；底板厚0.5~1m，其中，支点位置加厚至1.766m，边支点加厚至0.8m；腹板厚则按0.5~0.7-0.9-1.4m折线变化。箱梁端横梁后2m，中横梁后2.8m。

标准桥面布置如图1所示。

图1 标准桥面布置（单位：cm）

2 设计条件

设计标准为行车速度80km/h；线路情况为单线；轨道类型为无砟轨道；荷载类型为ZK活载；地震等级为Ⅶ度，地震动峰值加速度α=0.05g。

3 材料使用

（1）混凝土：桥梁采用铁路用C50混凝土，防护墙采用C40混凝土，材料物理指标按铁路相关规范执行[2]。

（2）钢绞线：预加力采用标准强度fpk=1860MPa的高强度低松弛φs15.24钢绞线；且纵梁满布竖向预应力，其材质采用标准抗拉强度fpk=830MPa的φ25预应力混凝土用精轧螺纹钢筋。

（3）钢筋：HPB300、HRB400钢筋应采用满足（GB 1449.1—2017）及（GB/T 1499.2—2018）规定的钢筋[3]。

（4）波纹管：纵向钢束采用金属波纹管成孔，竖向预应力则采用铁皮管成孔；波纹管符合（JG 225—2007）中的规定。计算时取纵向预加力μ=0.23，k=0.0025/m，竖向预加力μ=0.35，k=0.003/m。

4 荷载取值

（1）恒载：混凝土容重γ取26kN/m3；二期：80kN/m，不均匀沉降按2cm考虑。

（2）车载：按标准ZK活载考虑[4]。

5 荷载组合

荷载组合仅考虑恒载和车载的组合作用（车载中含动力作用）。

6 模型简介

迈达斯采用三维建模，BSAS则采用二维建模；均采用梁单元，预加力采用线单元模拟，两者通过钢束预应力进行耦合，其边界则按常规连续梁体系模拟。图2、图3为单元划分。

图2 迈达斯三维梁单元建模

图3 BSAS二维梁单元建模

箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，其中中支点0号梁段在墩顶支架浇筑，其余各梁段采用挂篮悬臂浇筑，施工时须同步对称浇筑至最大悬臂段，确保梁体纵向受力平衡，之后施工边跨合龙段，最后施工中跨合龙段，直至成桥状态。计算时考虑挂篮及附属设备重不大于最大悬灌节段重量的50%，本文计算时按900kN加载考虑。

7 结果对比

（1）正应力结果对比。根据两款软件计算结果，绘制如下全桥模型正应力对比图（符号方向按迈达斯结果给出，压为负、拉为正），从结果来看，结构下缘正应力整体趋势已相当吻合，结构上缘正应力在中支点位置附近略有差异，但整体趋势相差不大。根据规范要求，运营阶段结构不容许出现拉应力，由图4、图5可知，本结构设计满足规范要求[5]。

图4 上缘正应力对比

图5 下缘正应力对比

（2）抗裂结果对比。根据抗裂计算结果，结构最小抗裂安全系数整体拟合较一致，于跨中位置附近有所差异。根据规范要求，结构最小抗裂安全系数不得小于1.1，本结构设计最小抗裂安全系数为1.34，满足现行规范要求。最小抗裂安全系数对比如图6所示。

图6 最小抗裂安全系数对比

（3）强度结果对比。根据强度计算结果，结构最小强度安全系数整体拟合较一致，于跨中位置附近有所差异。根据规范要求，结构最小强度安全系数不得小于1.98（1.1×1.8），本结构设计最小强度安全系数为2.35，满足现行规范要求。最小强度安全系数对比如图7所示。

图7 最小强度安全系数对比

（4）竖向变形对比。根据竖向变形计算结果，结构在车载作用下竖向变形拟合相当一致。根据规范要求，结构最小竖向变形不得大于计算跨径的1/1900，即13200/1900=67.3mm，本结构设计主跨最大竖向变形为26.4mm，满足现行规范要求。车载作用下竖向变形对比如图8所示。

图8 车载作用下竖向变形对比

（5）残余变形对比。根据残余变形计算结果，两款软件在计算收缩徐变上有所差异，整体趋势基本一致，且残余变形幅度较小，整体结果相差不大。根据规范要求，无砟轨道最大竖向残余变形不得大于20mm，本结构设计主跨最大竖向残余变形为2.54mm，满足现行规范要求。恒载作用下竖向残余变形对比如图9所示。

图9 恒载作用下竖向残余变形对比

8 结果分析

（1）根据以上描述的计算结果，全桥在恒载+车载作用下均处于受压状态，达到了设计基本预期的要求。

（2）根据上述结构的应力、强度、抗裂和竖向刚度的对比结果来看，两款软件拟合较好，相互验证了两款软件计算的正确性；同时证明了本桥梁结构设计的安全性和合理性。

（3）从上述结构十年残余变形的结果来看，两款软件计算上还存在一定的差异，但整体相差不大，符合规范要求。

9 结语

选取一个合适的软件能够大大降低桥梁设计难度，提高工作效率。本文结合工程案例，提供了迈达斯和BSAS两款软件在设计节段悬浇施工大跨连续梁中的各性能指标结果对比。从结果来看，两款软件均具有一定的优势，且两者拟合较好，互相验证了彼此的正确性，同时证明了本桥梁结构设计的安全性和合理性。此外，两款软件于残余变形计算上仍有所差异，但整体相差不大，在结构设计上，均值得采用。对于相对复杂的桥梁，为确保结构安全，仍建议通过软件之间的相互校核来达到想要的目的。最终希望本文能为类似桥梁提供一定的借鉴价值。