不同合龙顺序对多跨长联波形钢腹板连续梁桥施工方案的影响.pdf

年 月下第 卷 第 期施工技术（中英文）：不同合龙顺序对多跨长联波形钢腹板连续梁桥施工方案的影响王程昆，张运波（石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄）摘要 以某座 跨波形钢腹板连续梁桥为工程背景，采用 有限元软件建立了桥梁节段模型，对其施工过程进行了模拟分析，研究了 种不同合龙顺序对该桥的竖向累积位移、顶底板应力及支座纵向位移等的影响。对比各项分析结果并考虑对成桥线形的影响，得出从两边向中间依次对称合龙的方式为较优的合龙方案。关键词 桥梁工程；连续梁桥；波形钢腹板；有限元分析；合龙中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，）：，：；河北省自然科学基金（）作者简介 王程昆，硕士研究生，：通信作者 张运波，副教授，硕士生导师，：收稿日期 引言 多跨长联连续梁桥施工过程中，合龙方案的选择对连续梁结构的内力和施工监控提供的预抛高、支座预偏量会产生明显影响。当前的合龙顺序研究大多针对预应力混凝土连续梁桥，对多跨长联波形钢腹板箱梁桥的研究较少。同时，不同的合龙方案也会对结构内力、成桥线形、支座纵向位移及施工工期产生显著影响。合理的合龙顺序能降低施工成本、加快施工进度，使最终的成桥线形和内力满足设计要求。所以根据不同的现场情况，选择适当的合龙顺序很必要。本文以某座 跨波形钢腹板连续箱梁桥为研究对象，分析其合龙顺序对成桥内力、竖向累积位移、支座纵向位移等的影响。工程概况 某 跨单箱单室波形钢腹板连续梁桥，采用 桥跨布置形式。箱室为变截面变高度形式，箱梁顶板宽 、底板宽 ，墩顶梁高，跨中梁高，按 次抛物线过渡，桥面设置 横坡。该桥主梁采用同步异位悬臂浇筑法进行施工，在悬臂施工阶段，主梁与桥墩作临时刚接处理，主桥立面如图 所示。有限元建模 上部结构建模 采用 有限元软件中的联合截面法建立主梁模型。结合同步异位施工过程并考虑施工过程中结构的受力特点，根据实际施工步骤按一定顺序激活顶、底板及波形钢腹板模拟施工过程。施工技术（中英文）第 卷图 主桥立面示意（单位：）（：）建模时为计算方便，对原设计进行了一些简化处理：建模过程中忽略普通构造钢筋对结构的影响；不考虑横隔板的抗扭作用，只考虑其重力作用，等效成集中力荷载进行加载；内衬混凝土只考虑其重力作用，等效成均布荷载进行加载；挂篮荷载及混凝土湿重荷载等效成一个集中力弯矩形式进行加载。全桥共划分了 个结点、个单元。顶、底板采用 混凝土，钢腹板采用 钢。半跨划分为 个施工节段，第 段为合龙段。自重：按实际断面计算，重度为 ；活载：公路级，考虑主梁偏载放大系数 ；二期恒载：包括桥面铺装及防撞栏杆等，以重度 计；混凝土收缩、徐变：环境年平均相对湿度取，混凝土收缩开始龄期取，收缩、徐变持续时间取 ；温度：主梁体系升温，体系降温，温度梯度参考 公路桥涵设计通用规范，取竖向日照正温差 ，反温差按正温差乘以 取值；新浇筑混凝土激活龄期取；体内及体外预应力钢束采用 钢绞线。全桥模型如图 所示。图 全桥模型（结构）（）边界条件设定 该模型边墩及主梁墩顶约束采用一般支承进行模拟。号墩设置为固定支座，其余设置为滑动支座。支座与主梁的连接采用弹性连接中的刚性连接进行模拟，墩顶临时刚接采用一般支承限制其所有方向位移来进行模拟。施工阶段划分 施工阶段按实际施工进行划分，即在浇筑完 号块底板混凝土后，后续节段按同步异位的顺序进行激活。具体流程如表 所示。合龙方案 对于多跨长联波形钢腹板连续梁桥，根据现场实际情况，其合龙方案可分为 种：方案 从两边向中心依次对称合龙；方案 从中心向两边依次对称合龙；方案 先将 构合龙成独立的 表 主桥施工阶段划分 施工阶段编号施工内容施工时间 安装 号块钢腹板，浇筑 号块及内衬安装 号块钢腹板张拉 号块预应力钢束移动挂篮至 号块钢腹板上 号块底板湿重浇筑 号块底板安装 号块钢腹板移动挂篮至 号块钢腹板上 号块顶板及 号块底板湿重浇筑 号块顶板及 号块底板安装 号块钢腹板张拉 号块预应力钢束重复第 施工步骤直至 号块浇筑完成张拉 号块预应力钢束边跨现浇段合龙施工张拉体外束二期恒载 年收缩徐变 构，再按顺序进行 构合龙；方案 在将 构合龙成独立的 构基础上，先将全桥合龙为独立的 部分，最后再合龙剩余的 个合龙口。这 种合龙方式都采用边合龙边进行体系转换的形式。具体合龙顺序如表 所示。结果分析 位移分析 竖向累积位移 各合龙方案在其二期恒载加载完成后，其竖向累积位移如图 所示。由图 可看出，种合龙方案的竖向累积位移极值分别为，且都出现在合龙段。各合龙方案在第 跨及中跨的竖向累积位移差值很小，且变化趋势基本一致。在边跨处，除方案 外，其他 种方案位移变化值及变化趋势基本一致。但在次边跨至中跨间各跨的位移变化趋势有所不同，位移值也有较大差异。综合考虑总体线形变化幅度及位移极值，方案 最优，其次为方案 和方案，方案 为最差合龙方案。所以仅考虑竖向累积位移影响的合龙方案优劣顺序为：方案 方案 方案 方案。王程昆等：不同合龙顺序对多跨长联波形钢腹板连续梁桥施工方案的影响 表 主桥合龙方案 合龙方案合龙顺序第 步第 步第 步第 步第 步第 步方案 合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙 跨方案 合龙 跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨方案 合龙，跨合龙，跨合龙，跨合龙，跨方案 合龙，跨合龙，跨合龙，跨图 二期恒载完成后竖向累积位移（全桥）（）支座纵向位移 在波形钢腹板连续梁桥施工过程中，合龙段预应力张拉、合龙温度及混凝土收缩、徐变等都会使桥梁的活动支座产生纵向位移，从而导致支座出现偏心受力，甚至可能危及桥梁正常运营。所以支座预偏值设置在桥梁设计、施工过程中不可忽视。为此，需在桥墩支座上座板与支座理论中心线间预设纵向偏移量，以抵消合龙后梁体产生的纵向位移，从而避免支座出现偏心受力。在此讨论不同合龙顺序对支座纵向位移的影响。种合龙方案的支座纵向位移如图 所示。图 支座纵向位移 由图 可看出，号墩为固定支座，其位移为；其余各支座以 号墩为中心，纵向位移逐渐增大，其中正负号表示位移方向。各合龙方案最大支座纵向位移分别为 ，除方案 位于次边墩支座外，其余均位于边墩支座。从总体来看，方案 的支座纵向位移最大，方案 的支座纵向位移相对较小。各方案支座纵向位移最大差值达 。仅考虑支座纵向位移，合龙方案的合理选择为：方案 方案 方案 方案。顶、底板应力分析 应力控制是波形钢腹板连续梁桥施工控制的重要内容。在桥梁施工过程中及成桥后，应确保桥面板不出现拉应力，从而防止因顶、底板混凝土开裂而影响桥梁的使用寿命。多跨长联波形钢腹板连续梁桥的合龙顺序在一定程度上影响应力分布。主梁应力选取关键节点进行分析，分别为悬臂根部、跨处及合龙段处，即对，号块前端及合龙段处进行分析。各合龙方案在其二期恒载加载完成后，其顶、底板应力如图 所示，图中负值表示压应力，正值表示拉应力。由图 可看出，种合龙方案在二期恒载施工完成后，其顶、底板应力均为负值，即顶、底板都处于受压状态。图 二期恒载完成后顶、底板应力（全桥）（）施工技术（中英文）第 卷除方案 外，其他 种合龙方式顶、底板的应力值变化不大，且 种合龙方式的顶、底板应力变化趋势基 本 一 致。其 中，顶 板 最 大 应 力 值 分 别 为，底板最大应力值分别为，可看出底板应力值大于顶板应力值。顶板应力最大差值为 ，底板应力最大差值为 。所以可看出在不同合龙方案下，底板的应力变化相较于顶板更敏感。上述情况说明，除方案 外，不同合龙顺序对波形钢腹板连续梁桥顶、底板的应力变化影响不大。结语 ）除方案 外，不同合龙方案对顶、底板应力值影响不大，种合龙方案顶、底板应力变化趋势基本一致。但不同方案对成桥线形的影响不可忽略。其中，方案 对主梁竖向累积位移影响较小，对线形的控制也较容易。其余方案对主梁的竖向累积位移影响较大，这不利于线形控制。）参考支座纵向位移，采用方案 可使支座的纵向位移最小，所以方案 为较优方案。）从施工等方面考虑，前 种施工方案同时施工的合龙口较少，合龙周期相对较长，但对现场施工人员、机具设备数量配置要求较低。后 种施工方案同时施工的合龙口较多，可减少合龙周期，但对施工现场人员及机具设备数量配置要求较高。综上所述，从成桥线形的基础考虑，现场选定方案 为最终合龙方案。合龙完成后，各截面高程实测值与设计值间的误差最大值为，满足规范的限值 （为跨度），且成桥线形与理论计算线形基本吻合。主桥顶、底板应力实测值与理论计算值偏差较小，变化规律基本吻合，且全截面受压，最大压应力为 ，满足规范要求。可认为合龙后成桥线形及内力均满足设计要求，合龙实施效果良好。但针对不同情况 种合龙方案都有其各自的适应环境，需根据现场需求及人员设备配置情况灵活选用。参考文献：杨绍举多联大跨度预应力混凝土连续梁桥合龙顺序对成桥状态的影响分析铁道建筑，（）：，（）：李剑锋，季日臣多跨预应力混凝土连续梁桥合龙顺序研究铁道建筑，（）：，（）：张欣欣，马坤全，张骏长联多跨客运专线连续梁桥支座预偏量的研究城市轨道交通研究，（）：，（）：尤加林，陈成，吴笛，等多跨波形钢腹板连续刚构梁桥合龙顺序研究施工技术，（）：，（）：张秋祥黄河大桥大跨波形钢腹板 连续梁桥合龙施工技术铁道建筑技术，（）：，（）：刘祥基，孙晓军，曲宝文，等合龙及体系转换顺序对预应力连续梁桥的影响研究城市道桥与防洪，（）：，（）：，王虎盛基于线形控制的山区大跨度刚构桥合龙方案对比研究公路，（）：，（）：孙全胜，李大杰超长联大跨连续梁桥合龙顺序分析世界桥梁，（）：，（）：岳宏智，牛传同，曹洪亮，等波形钢腹板 组合箱梁桥异步施工全过程分析公路，（）：，（）：任健某预应力混凝土连续刚构桥合龙方案对比研究湖南交通科技，（）：，（）：吴建中多跨连续梁的合龙设计桥梁建设，（）：，（）：包仪军，丁明波，朱龙合龙方案对多跨连续梁桥施工监控的影响分析铁道标准设计，（）：，（）：