不对称多跨刚构-连续组合梁桥合龙问题研究

不对称多跨刚构-连续组合梁桥合龙问题研究

许建¹陈建宇²

1重庆市江北区建设工程管理事务中心     重庆   400025

2重庆市建筑科学研究院有限公司         重庆   400042

摘  要：合龙段施工是各类桥梁施工中的关键环节，关系着结构的体系转换与线形状态，合龙两端的线形误差不仅仅是对施工工艺、施工方式的一个考验，也是对桥梁控制情况的评估。文章以某80m+125m+125m+75m的刚构-连续组合梁桥为工程实例，通过计算分析，分析不同的合龙方案、临时固结拆除顺序对背景桥梁成桥线形和内力状态的影响，并针对不同的合龙方案、体系转换顺序进行比选，确定最优的方案。

关键词：不对称；刚构-连续组合梁桥；合龙；体系转换

中图分类号：U442           文献标识码：C

Sensitivity Analysis of Construction Control Parameters of Rigid Frame-Continuous Composite Beam Bridge

Abstract：The construction of closing section is the key link in the construction of all kinds of Bridges, which is related to the transformation of the structure system and the linear state. The linear error at both ends of the closing section is not only a test of the construction technology and construction method, but also an evaluation of the control situation of the bridge. This paper takes a rigid structure-continuous composite beam bridge of 80m+125m+125m+75m as an engineering example. Through calculation and simulation analysis, the influences of different closing schemes and temporary consolidation removal sequence on the cantilever construction line and the internal force state of the bridge are discussed, and the optimal scheme is determined by comparing and selecting different closing schemes and system conversion sequence.

Keywords：Asymmetry; rigid structure-continuous composite girder bridge; closure; system conversion

1引言

我国西南部位置山地较多，地形复杂，随着国家高速公路网的迅速发展，具有良好适应性的刚构-连续连续组合梁桥必然会得到充分的使用。为了使桥梁成桥满足设计的线形和应力要求，在施工时必须对产生误差的各类因素（临时固结拆除顺序、合龙顺序等）进行控制与研究，提出最优施工工序，提高施工精度[1]。桥梁的成桥位移关系着桥梁线性，应力是对桥梁受力状态的直接反应，本文在后续计算分析中将梁体成桥位移及应力状态作为评价各类影响因素的控制指标。

2背景桥梁工程概况

主桥为80m+125m+125m+75m预应力混凝土刚构-连续组合梁桥，主梁采用直腹板的单箱双室箱梁，箱梁顶板宽度为22.5m，底板宽度为14.5m，主梁悬臂浇筑梁段划分长度为3.5m、4.5m。主墩为钢筋混凝土空心薄壁墩，墩高18m，9#墩与11#墩均为连续结构，10#墩为刚构墩，基础均采用钻孔灌注桩，桥台采用U型桥台接群桩基础。该桥梁为跨江大桥，江流在汛期水深度大，水流湍急，河床砂卵石覆盖层厚。

主桥箱梁施工总体思路为：0#、1#块及边跨现浇段采用支架现浇施工；主梁施工采用悬臂浇筑施工法；合龙施工采用挂篮施工。桥型布置图如图1所示，桥梁施工节段划分见图2所示：

图1 桥型布置图

图2 桥梁施工节段划分图

3不对称多跨刚构-连续组合梁桥合理施工工序的确定

3.1 不同合龙顺序对桥梁的影响

多跨梁桥的桥合龙顺序的差异是影响合龙后梁体线形及应力的重要因素之一。多跨梁桥的成桥内力由各施工阶段的恒载内力累积而成，在悬臂阶段，内力由自重内力、预加力初应力和收缩徐变次内力叠加而成。

刚构-连续组合体系梁桥是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结、边部数孔解除墩梁固结代之以设置支座的连续结构，具有连续梁桥和连续刚构桥两个体系的特性，属于多次超静定结构，因而进入合龙阶段后会引起较大的次内力[2]。而且合龙次序不同会导致结构在施工过程中体系转换的差异，造成每一个阶段结构体系的不同，引起不同的次内力[3]。

目前针对合龙工序对连续梁桥、连续刚构桥变形和内力影响的研究较多，对不对称多跨刚构-连续桥影响的研究较少。本文将针对不对称多跨刚构-连续组合梁桥不同的合龙方案的对成桥线形与应力影响进行对比分析得出最优合龙方案。

3.2不同临时固结拆除顺序对桥梁的影响

刚构-连续组合梁桥对西南地区桥梁的施工而言是一种比较经济、合理的桥型选择，这种桥型具有施工简单、适应性好、施工周期短等优点。

但这种结构的桥型要面临着临时固结拆除顺序这一问题，墩顶临时固结影响着桥梁的整体刚度（超静定次数）。不同的拆除顺序使桥梁整体刚度的变化不同，势必引起结构内力和线形变化的不同，为保证桥梁在施工过程中的安全性及经济效益，有必要对这种桥型在体系转换过程（临时固结拆除顺序）中的变化进行研究[4]。

对于多跨刚构-连续组合梁桥，临时固结的拆除是一道非常关键的工序，本文将以不对称多跨-刚构连续组合梁桥的工程实例为依托，对具有这种特征的桥梁在不同的临时固结拆除顺序下，结构的受力与变形特点进行分析研究，以供类似桥梁工程设计施工时参考。

4不同合龙顺序影响分析

4.1不同的合龙顺序施工方案

随着刚构-连续组合梁桥施工步骤的推进，桥梁的结构形式、约束条件以及荷载作用方式等都在不断发生变化，不同的施工合龙顺序，由于其初始恒载内力不同，在体系转换的过程中，由混凝土收缩徐变引起的内力重分布也不同，因此桥梁最终的成桥状态不同。正确合理的桥梁合龙方案不但关系着桥梁的施工周期与成本，也关系着桥梁后期运营的安全性，所以有必要对桥梁的合龙顺序进行研究比选分析。

该桥的合龙方案有：

方案一：悬臂浇筑施工至合龙段，先中跨合龙，拆除9#墩、11#墩墩顶临时固结，不对称悬臂施工（左岸悬臂施工两段，右岸悬臂施工一段），后边跨合龙。

方案二：悬臂浇筑施工至合龙段（同时施工边跨现浇段），先边跨合龙，再进行中跨合龙，最后拆除临时固结。具体施工图示如表1和表2所示：

表1 方案一施工步骤

表2 方案二施工步骤

4.2不同合龙方法对主梁线形的影响

合龙段施工，是桥梁施工中的重要阶段，针对本案例刚构-连续组合梁桥，合龙段施工不仅仅涉及到桥梁的体系转换，还涉及到后期桥梁的不平衡施工问题。本节将会计算两种不同的合龙顺序下的主梁成桥线形，然后进行对比分析。线形计算结果如图3所示。其中符号规定：位移向上为正，向下为负。

图3 成桥位移

由图6计算结果可知不同的合龙顺序对主桥分段施工的成桥位移影响j大：

在成桥状态下，方案二在左岸边跨的的竖向挠度比方案一的竖向挠度小，最大位移差为125mm（方向向下），位于边跨合龙段位置；方案二中跨的竖向挠度比方案一大，最大位移差为45mm（方向向上）。但是主梁位移的整体变化趋势相同。

产生方案一与方案二的成桥位移差的原因：主要是因为方案一在中跨合龙后，拆除了9#墩与10#墩的墩顶临时固结，释放了使9#墩与10#墩主梁Ry方向上的转动，然后继续悬臂浇筑施工，使梁体产生了顺桥向的转角，而导致方案一边跨位移大于方案二。

5.3不同合龙方法对主梁应力的影响

本节将会计算两种不同的合龙顺序下的主梁成桥应力，然后进行对比分析。计算结果图如图4和图5所示（其中符号规定：拉应力为正，压应力为负。）：

图7 成桥上缘应力

图8 成桥下缘应力

由上图主梁上下缘应力计算结果可以看出：在不同合龙方法下，整个主梁上下缘均处在受压状态，在不同的临时固结拆除顺序对桥梁应力的影响不同。

方案一施工方式下，主梁上缘最大应力出现在第三跨跨中，为-10.8MPa，下缘最大应力出现在第二跨与第四跨跨中，为-13.6MPa；在方案二施工方式下，主梁上缘最大应力出现在第四跨跨中，为-11.3MPa，下缘最大应力在第二跨跨中，为-11.2MPa。两种方案的应力结果均在规范允许范围内。

5.4 小结

主桥采用上述两种施工方案，通过合理的施工布置，均可以使结构应力满足规范的要求。施工过程中，方案一与方案二相比，中跨合龙后拆除了9#及11#墩顶的临时固结，这样可以尽可能减小施工过程中由于温度及混凝土收缩徐变产生的次内力[5]，但是边跨位移大，会加大施工线形控制的难度。

方案二是现在梁桥合龙施工中常用的施工方案，边跨位移小，桥梁结构整体线形更容易控制。但是若采用方案二，桥梁的施工存在以下问题：

1.跨径布置不对称，边中跨比大，左岸现浇段达16.4米，比方案一中的现浇段长9m，右岸11.4m，比方案一长4.5m，现浇段支架用量比方案一多460t，施工成本高；

2.大量钢管桩的使用容易导致河道阻塞，不利于泄洪，所以应尽量减少钢管桩的使用；

3.河流在汛期水深度大，水流湍急，河床砂卵石覆盖层厚。而且在汛期水流作用下，支架如果结构过大，在水流冲击作用下的整体稳定性在难以保证，大型支架结构存在的安全隐患更大。

因此综合结构受力、经济性、施工难度以及安全因素考虑，采用方案一更适合。

5不同临时固结拆除顺序影响分析

5.1不同的临时固结拆除顺序

在桥梁的施工过程中，采用刚构-连续组合梁桥的桥型都要面临着体系转换这一问题，体系转换是一个桥梁结构的静定次数发生变化的过程，它不仅仅关系着桥梁在后续阶段的受力与线形状态，也是评价桥梁施工与控制质量的标准[6]。

在上述案例桥梁中， 9#墩与11#墩均为连续梁结构，临时固结的拆除作为体系转换的其中之一，对主梁的线形与应力有着明显的影响，不同的临时固结的拆除顺序对案例的影响不同。因此有必要对这种桥型在临时固结拆除过程中的变化以及拆除顺序的影响进行研究，分析最优的体系转换顺序，对于类似桥梁的施工具有指导与参考价值。

体系转换的顺序有两种，分别是：

方案一：在中跨合龙后，拆除9#墩、11#墩墩顶临时固结，继续悬臂施工，再进行边跨合龙。

方案二：先中跨合龙，继续悬臂施工，然后悬臂施工至边跨合龙，最后拆除9#墩、11#墩墩顶临时固结。

5.2不同的临时固结拆除顺序对主梁线形的影响

体系转换是刚构-连续组合梁桥施工中的重要步骤，也是影响桥梁成桥质量的关键因素，不同的体系转换顺序使桥梁在成桥状态线形应力不同[7]。本节将会计算两种不同的临时固结拆除顺序下的主梁成桥位移与应力，然后进行对比分析。不同合龙施工顺序下成桥阶段主梁成桥位移对比分析结果如下图所示。其中符号规定：位移向上为正，向下为负。计算结果如图6所示：

图6不同临时固结拆除方案下主梁位移图

由上图计算结果可知不同的临时固结拆除顺序对主桥分段施工的成桥位移影响很大：

在成桥状态下，方案二在左岸边跨的的竖向挠度比方案一的竖向挠度小，最大位移差为85mm（方向向下），位于边跨合龙段位置；方案二中跨的竖向挠度比方案一大，最大位移差为42mm（方向向上）。但是主梁位移的整体变化趋势相同。

产生方案一与方案二的竖向挠度差的原因：主要是因为方案一在中跨合龙后，拆除了9#墩与10#墩的墩顶临时固结，使9#墩与10#墩对主梁顺桥向转动刚度的约束减小，然后继续对边跨进行不对称悬臂浇筑施工（左侧浇筑2段，右侧浇筑1段），虽然在进行浇筑时对中跨进行了配重以平衡这悬臂浇筑的梁段，但是边跨梁体仍然随着悬臂施工的继续存在顺桥向的转动，而导致梁体边跨下挠，中跨上拱。

5.3 不同的临时固结拆除顺序对主梁应力的影响

本小节首先计算了不同临时固结拆除顺序下的主梁成桥阶段上、下缘应力，然后进行对比分析。计算结果如图7~图8所示（其中符号规定：拉应力为正，压应力为负）：

图7 不同临时固结拆除方案下主梁上缘应力图

图8 不同临时固结拆除方案下主梁下缘应力图

由上图主梁上、下缘应力计算结果可以看出：整个主梁上下缘均处在受压状态，在不同的临时固结拆除顺序对桥梁应力的影响不同。

方案一施工方式下，主梁上缘最大应力出现在第三跨跨中，为-10.8MPa，下缘最大应力出现在第二跨跨中，为-13.6MPa；在方案二施工方式下，主梁上缘最大应力出现在第四跨跨中，为-11.2MPa，下缘最大应力在第二跨跨中，为-11.9MPa。两种方案的应力结果均在规范允许范围内。

5.4 小结

在方案一的施工方式下，桥梁会在边跨产生较大位移，加大了对施工中的线形控制的要求；在方案二的施工方式下，桥梁的线形变化较为平缓，结构应力分布也更为合理，所以后拆除临时固结更为有利。

6结论

通过上述分析，得出如下结论：

1.不同的合龙方案对桥梁成桥线形影响较大，先合龙中跨在进行不对称悬臂施工会导致边跨位移大，线形控制难度较大，先合龙边跨，线形比较容易控制，但是由于桥梁跨径布置不对称，边中跨比大，如果先合龙边跨，边跨现浇段则加长，需要大量的支架，而对于该桥梁的地质水文条件，支架的大规模搭设难度大，而且安全性难以保证，成本更高。综合考虑，先中跨合龙再边跨合龙较为合适

2.中跨合龙后拆除临时固结会在边跨产生较大位移，对施工中的线形控制要求更高，全桥合龙后拆除临时固结，桥梁的线形变化较为平缓，结构整体应力分布更为合理，因此全桥合龙后再拆除临时固结更为有利。

［参考文献］

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