混凝土连续梁成桥方法对结构和施工支架受力状态的影响分析.pdf

2 0 1 3年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i ne e r i n g 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 0 1 0 4 混凝 土连续梁成桥 方法对 结构和施工支架 受力状态 的影响分析 宋 福 ( 神华新 准铁路公 司 ， 内蒙古 鄂尔多斯0 1 7 0 0 0 ) 摘要 ： 本 文在介 绍 混凝 土连 续 梁桥 变更施 工方 法三 个案 例 的基础 上 ， 以某 四跨 连 续 梁桥 为_ 3 2 程 背景 ， 分 析 了不 同成桥 方 法对 结构应 力和 变形 的影 响 ， 研 究混 凝 土连 续梁桥 变更 成桥 方法 对结构 内力、 变形 及施 工 临 时结构 的影 响 ； 对在 支架上 张拉预 应 力 时支架 立柱 的 内力变化进 行 了计 算。 结果表 明 ， 支架立 柱 的 反力与常规计算的结果不同， 需要对部分立柱进行加强。 关键 词 ： 混凝 土连 续 梁成桥 方 法 支架 立柱 中 图分类 号 ： U 4 5 5 4 6 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 5 0 1 由于受 桥 位处 施 工环 境 等 因素 的 影 响或 限制 ， 工 程实 践 中连续 梁变 更 成 桥方 法 不 可 避 免 ， 如 满 堂 支架 现浇 变更 为节 段悬 浇 ， 或 为 加 快施 工 进 度 将 节 段悬 浇 变更为满堂支架现浇等 。除以上常规变更外 ， 也有个 别桥梁采用了非常规的变更方法。本文对连续梁变更 成桥 方法 的影 响进 行 了分析 。 施工 中混凝土连续梁变更成桥方法会使结构在施 工和成桥时产生不 同的 内力状态和线形状态， 对应的 预应力筋配束也不一样 ， 比如满堂支架现浇 的连续梁 与节段悬浇连续梁的预应力束的配置是不同的。桥梁 施工 图一般都会给出成桥方法 ， 如改变成桥方法则要 有相 应 的变更 设计 图 ， 对 结构 的影 响较 大 。 在 连续 梁 的施 工 方 法 中 ， 满 堂 支 架法 施 工 是 经 常 采用 的施 工 方法 。对采 用支 架现 浇施 工 的连续 梁在 进 行 支架结 构设 计 与计 算 时 ， 将 混 凝 土 湿重 一 般 按 支 撑 立柱的间距来分 配荷 载， 并据此验算 支架的承载力 。 在支架上张拉预应力会导致支撑立柱的反力产生重分 配 ， 即部分支撑立柱的反力增大 ， 部分支撑立柱的反力 减 小 。施 工 中应 对施 工 支 架 的 安全 性 给 予 重 视 ， 特 别 是在支撑立柱强度安全储备不多时要考虑到在支架上 张拉 预应 力会 导致 支 撑 立 柱 反力 的增 大 ， 否 则 可 能 产 生 安全 隐患 。 本文简要介绍三种非典型混凝土连续梁变更成桥 方法 ， 以其中的一座连续梁桥为对象 ， 对变更成桥方法 产生的应力状态及线形状态的变化 ， 以及在满堂支架 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 2 0； 修回 日期 ： 2 0 1 3 0 2 2 0 作者简介 ： 宋福 ( 1 9 6 6 一 )， 男， 山西广灵县人 ， 高级工程师 。 上张 拉预 应力对 支 撑立 柱 反 力 的影 响进 行 计 算 分析 ， 探讨 变更 成桥 方法 对支架 受力 状态 的影 响 。 1 连续梁成桥方法变更 实例 1 1 中跨合龙后再施工边跨( 实例一 ) 某连续梁桥原设计采用挂篮施工， 但由于两边跨 直线 段分 别跨 越河 道 和公 路 ， 无 法 搭 设 支 架进 行 现 浇 段施工。因此改为先对称施工至 6 块后合龙中跨 ， 然 后继续采用挂篮施工边跨至 8 块 ， 同时在 中跨进行配 重。最后利用墩旁支架在墩顶施工 9 块。图 1为其 成桥方法 的结构示意。采用此成桥方法 ， 因7 ， 8 段改 为悬 臂挂 篮施 工 ， 需 要 重 新设 计悬 臂 施 工 阶 段 的预 应 力束 布置 方式 。 1 2 边跨支架施工中跨挂篮施工( 实例二) 某连续梁原设计采用满堂支架法施工 ， 且边跨满 堂 支架 已全部 搭设 完 成 ， 但 由于 中跨 道 路 未 能按 原 计 划完成 ， 无法搭设支架 ， 导致本桥须变更施 工方法 ， 即 采用节段挂篮浇注施工代替满堂支架法。由于边跨满 堂支架已搭设完成 ， 如拆除全部支架将提高施工成本 ， 因此决定采用边跨在支架上分段浇筑 ， 中跨采用挂篮 分段浇注的成桥方法 ， 每节段先施工边跨 ， 然后在 中跨 挂篮悬臂浇筑对应节段 。图 2为变更成桥方法后的施 工 示意 。 由于两边支撑方式不同， 为满足抗倾覆稳定要求 ， 在中跨设置了钢管支撑 ， 为确保 安全又在边跨 配置 了 压重 。该成桥方法的施工顺序本质上与采用两边挂篮 对称浇筑的常规施工方法相 同， 但结构在施工过程 中 的应 力状 态 和变形 是有差 别 的 。 2 铁道建筑 配重 配重 图 1 先合龙中跨再施工边 跨施工示 意 配重 图 2 边跨 支架 中跨挂篮成桥方法示意 1 3 一 主 墩 范 围 内 支 架 施 工 其 余 结 构 挂 篮 施 工 ( 实例 三 ) 某 四跨 一联 连续梁 原 设 计 采用 挂 篮 施工 ， 受桥 位 处施 工条件 限制 ， 变更 为 在 一主 墩 范 围 内的 梁段 采 用 支架现浇 ， 其余两主墩采用挂篮节段悬浇， 施工示意如 图 3。 图 3 一主墩 范围内支架其余两主墩挂篮成桥施工示意 同样 ， 该成 桥方法 与 常规 的施 工方法 不 同 ， 因此 也 对上部结构进行了特别设计 ， 支架施工 的结构与悬臂 挂篮浇筑的结构在梁段划分及预应力束布置均不同。 变更成桥 方法后施 工 过程 中结构 的应 力状 态也 相 应变 化 ， 支架拆除与中跨合龙的先后顺序对现浇段的应力状 态和变形也有较大的影响。如支架在中跨合龙后再拆 除 ， 则张拉合龙束时会使支架立柱的内力发生重分布。 2 成桥方法对结构和施工支架受力的影响分析 2 1 - I 程概况 某铁路客运专线 四跨一联 预应 力混凝土连续梁 ( 施工示意如图 3 ) ， 其跨径为( 4 8+8 0+8 O+ 4 8 ) m， 原 设计 采用挂 篮对 称悬臂 灌 注 的成 桥方 法 ， 但 由于 1 墩 一 2 墩 范 围 内的拆 迁 问题 而导 致工 期 延误 。3 墩 一 5 墩跨高架 ， 梁部无法采用满堂支架法施工。为缩短整 桥施工工期， 以 2 墩 3 墩跨 中合龙段为分界点 ， 分界 点至 5 墩采用悬臂灌注法施工， 1 墩至分界点采用满 堂 支架法 施工 。 2 2 结构计算模型 2 2 1 计算模型 结构计算采用桥梁博士 3 1 0结构分析程序 ， 结 构 计算模 型见 图 4 ( 成桥状 态 ) 。模型 中桥梁 上部 结 构 划 分为 1 4 4个单 元 ， 共 1 4 5个 节 点 。施 工 过 程 按 照 设 计 资料提 供 的成桥方 法施 工 。 图4 结构计算模型 2 2 2计 算 工况 表 1为计算模型 中的详细施工工况表 ， 梁体节段 划 分见 图 3 。 2 3 计 算分 析 为 了分析变更成桥方法对结构应力状态和变形的 影响 ， 对采 用挂 篮对称 悬 浇 的施 工 方 法 和一 主墩 范 围 采用支架现浇其余两主墩采用挂篮的成桥方法进行对 比分析 ， 其中后者又可分为支架在中跨合龙前拆除和 合龙后拆 除两种工况 。由于桥梁主桥结构形式不变 ， 恒载是 一定 的 ， 故 主要 对 恒载 作 用 下不 同成 桥方 法 对 应 的应 力状态 进行 比较 分析 。 2 0 1 3年第 5期 宋福 ： 混凝土连续梁成桥方法对结构和施工支架受力状态 的影 响分析 3 表 1 理论分 析工况 施工阶段 施工工况 1 在 3 、 4号墩 的托 架上施工 O 块 、 梁墩 临时固结 2 张拉 3 、 4号墩上 O 块的预应力束 3 在 3 、 4号墩 的 0 块上安装挂篮 4 对称浇筑 3 、 4号 墩上 的 1 节段 5 张拉 3 、 4号墩上 的 1 节段的预应力束 挂篮前移 ， 对称浇 筑 3 、 4号墩 上 的 2 节 段 ， 张拉 2 节段上的预应力束 ； 循环施工到 6 节段 挂 篮前 移 ， 对称浇筑 3 、 4号墩 上 的 7 节 段 ， 张拉 7 节 段上 的预 应力 束 ； 在 2号墩 旁 搭设 C段 支 架 ， 梁墩临 时固结 ， 浇筑 c段混凝土 2 4 2 6 兰 竺 前 移 ， 对 称 浇 蔓。 、 4 墩 上 的 8 节 段 ， 1帐 拉 8 节 段 上 的 预 应 力 束 ； 张拉 C段上 的预应力 柬 挂 篮前 移 ， 对称浇筑 3 、 4号墩 上 的 9 节 段 ， 张拉 9 节段上的预应力束 ； 搭设 B段 支架 ， 浇筑 B段 混凝 土 从 表 2计算 结果 可 以看 出 ， 与挂 篮对 称 悬 浇 的成 桥方法相比， 采用一主墩支架其余两主墩挂篮施工时 ， 上部箱梁结构上 、 下缘最大应力、 最大主应力等均有所 增加 ， 其 中下缘 最大应力增大 了 1 3 2 MP a 。此外 ， 支 架拆 除与中跨合龙的先后顺序对各项应力指标也有所 影 响 。 2 3 2成 桥 方法 对 变形 的影 响分析 图 5给出在恒载作用下上部结构的累计变形计算 结果 。 3 o 3 2 挂 警 前 移 ， 对 称 浇 筑3 、 4 号 墩 上 的1 o 节 段 ， 张 拉 图 5不 同 成 桥 方 法 对 上 部 结 构 变 形 的 影 响 1 O 节段上的预应力束 ； 张拉 B段上的预应力 束 挂 篮前 移 ， 对称浇筑 3 、 4号墩上的 1 1 节段 ， 张拉 3 5 1 1 节段上的预应力束 ； 搭设 右边跨支架 ( 近 5号 墩 ) ， 浇筑右边跨 现浇段 1 3 ； 搭 设 A段 和 D段支 架 ， 浇筑 A段和 B段混凝土 ， 现浇边跨合 龙段 ； 张 拉 A段 和 D段 上 的预应 力 一 束 ， 拆 除挂篮 3 7 张拉右边跨 预应力合龙束 3 8 拆除 2 、 4号墩 临时固结 ， 用 吊架浇筑 中跨合龙段 3 9 张拉中跨预应力合龙束 4 O 拆 除支架 ， 拆 除 3号墩临 时固结 4 1 二期铺装 2 3 1 成桥 方 法对恒 载应 力 的影响 分析 表 2为恒载作用下施工过程 中上部结构的应力计 算结果 ， 二期恒载集度为 1 3 4 k N m。 表 2 恒 载作用的应力计算结果对 比 MP a 从 图 5可 见 ， 在 恒 载作用 下 ， 不 同成 桥方法 对上 部 结 构变形 的影 响 是 比较 明 显 的 ， 特 别 是 支 架拆 除 与 中 跨合龙的先后顺序不 同对变形的影 响有近 4 0 m m， 即 在合龙前拆除支架会使最大悬臂端产生 4 0 m m 的向 下变形 ， 为确保安全施工 ， 最后采用了后拆除支架的施 工顺 序 。 2 4预 应 力张拉 对支 撑立 柱 内力的影 响分 析 本桥变更为一主墩范围内满堂支架其余两主墩挂 篮的成桥方法 ， 并且采用 支架在张拉 合龙完成后拆 除 的施工顺序 ， 即 1号主墩 范围内的上 部结构梁段 的预 应力张拉及合龙预应力束张拉需在满堂支架 上进行 ， 因成桥方法不同而增加 的对施工临时结构即支架结构 的受力分析也至关重要。以往在进行支架设计计算时 一 般 是将 混凝 土湿 重按 支 撑 立 柱 的 间距 来 分 配荷 载 ， 验算支架的承载力。因此本桥在支架设计时原来并未 考虑在支架上张拉预应力所导致的支撑立柱的反力重 分配 ， 后经计算发现考虑反力重分配后的支撑立柱安 全系 数小 于施 工安 全 需求 ， 故 进行 重 新 设 计 。 图 6为 本桥 1号主墩范围内上部结构梁段和支撑立柱布置示 意 图。 2 4 1 计算 分析模 型 根据 2 2节建立的计算模型 ， 取其 1号主墩范围 内上部结构 ， 在支撑立柱处设置单 向支撑。整个支架 现浇段结构划分为 6 0个单元 ， 共 6 1 个节点。计算模 型见 图 7 。 4 铁道建筑 图 6上部结构梁段和支撑立柱布置示意 图 7 支架现浇段结构计算模型 2 4 2 预 应力 张拉 对 支撑结 构 内力的影 响分析 按混凝土湿重分配计算的各支撑立柱的反力列于 表 3的第一行 ， 表 3的其余部分为按照变更后 的成桥 施工 顺序 ， 各 个工 况下 支撑立柱 反力 的变化 情况 。 表 3支撑 立柱与永久支座反力 k N 工况 按混凝土湿重分配计算的反力及变化 边墩 1 2 3 4 5 6 主墩 7 8 9 1 0 1 1 6 8 7 l 9 0 9 2 3 7 5 2 8 9 6 3 2 9 9 3 8 0 2 2 7 0 6 1 3 7 4 3 7 9 0 2 4 0 2 4 l 3 3 3 1 4 9 1 0 2l 从表 3的计算结果可以看 出， 按混凝土湿重计算 得到的各支撑立柱反力是相对接近的。但按实际施工 工况模拟计算的支撑立柱反力与按混凝土湿重 的计算 结果差别很大 ， 特别是 5 和 8 支撑立柱在张拉 B段预 应力 束 时 的反 力 分别 为 5 1 7 0 k N和 5 5 2 0 k N， 比按混 凝土湿重计算的反力大很多 ， 其 中 5 支撑立柱的反力 是按湿重计算的 1 4倍 ； 8 支撑立柱 的反力是按湿重 计 算 的 2 3倍 。4 ， 9 支 柱 所 受 到 的 最 大 反 力 也 明 显 大于按湿重分配计算的反力。由此可见 ， 在 支架上张 拉预应力对支撑立柱 的影响是不能忽视 的， 在这种成 桥方法中是一个必须考虑的因素。 3结论与建议 由混凝土连续梁成桥施工方法变更 的案例可以看 出 ， 成桥方法的变更必然会影响到结构施工节段 的划 分、 结构预应力束布置和施工临时结构 的布置等各方 面 。在一个 主墩 范 围 内把施 工方 法从悬 臂挂篮 浇 注变 更为满堂支架现浇 ， 由于施工方法的不同 ， 连续梁上部 结构在恒载作用下 ， 结构的受力及变形均不同， 因需要 在支架上张拉部分节段的预应力及 中跨合龙预应力 ， 支架立柱的反力与常规计算的结果不 同， 需要对部分 立柱进行加强。通过本 文的分析， 希望在工程实践 中 引起 对不 同施 工方 法下 的结构 内力 、 变 形 、 及 施工 临时 结构受力变化的重视。 参 考 文 献 1 中华 人民共和 国铁道部 T B 1 0 0 0 2 1 2 0 0 5 铁路 桥涵基 本设计规 范 s 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 5 2 中华人 民共和 国铁道部 T B 1 0 0 0 2 3 2 0 0 5 铁路桥 涵钢 筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 S 北京 ： 中国铁道 出 版社 ， 2 0 0 5 3 中华人民共 和国建设部 J G J 1 6 4 -2 0 0 8 建筑施 工木脚 手 架安全技术规范 s 北京 ： 中国建筑 出版社 ， 2 0 0 5 4 铁道部经济规 划研究 院 T Z 3 2 4 -2 0 1 0 铁 路预应 力混凝 土连续梁( 刚构 ) 悬 臂浇筑施工 技术 指南 S 北 京 ： 中 国铁 道 出版社 ， 2 0 1 0 ( 责任 审编 王红)