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

杨绍举

(沈阳铁路局，辽宁 沈阳 110001)

多联大跨连续梁施工中，合龙方案的选择对连续梁结构的内部应力和施工监控提供的预抛高、支座预偏量会产生明显的影响[1]。常见的合龙方案包括边跨至中跨顺序合龙、中跨至边跨顺序合龙、全桥一次性合龙等[2-3]。文献[4-5]以三跨预应力混凝土连续梁施工控制为例，分析了先边跨后中跨与先中跨后边跨2种合龙顺序对桥梁位移和受力的影响，在施工周期、混凝土收缩徐变等相同条件下，认为先边跨后中跨合龙的施工顺序得到的成桥累积位移和应力更均匀。文献[6-10]分析了不同合龙顺序对多跨预应力混凝土连续梁成桥状态的影响，提出以成桥应力和累积位移变化范围最小为原则，作为判别该类结构体系的合理合龙顺序。

本文以一座9跨预应力混凝土连续梁桥施工为依托，分析合龙顺序对成桥状态的影响，综合比较不同合龙顺序下的计算结果，确定在其他因素不变的情况下的合理合龙顺序。

1 工程概况

辽宁沈丹铁路一座特大桥主桥上部结构为(64 +7×108+64)m的9跨预应力混凝土连续梁桥,桥梁总体布置见图1。梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，主墩墩顶6.0 m范围内梁高相等,梁高8.40 m，跨中及边墩墩顶现浇段梁高4.80 m，抛物线方程为y=0.003 149x1.8。箱梁顶宽7.0 m，箱梁底宽5.8 m。箱梁0#段长10 m，每个T构纵向划分为13个对称梁段。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为3×3 m，2×3.5 m，8×4 m，1#—13#梁段采用三角挂篮悬臂浇筑施工。边跨现浇段长9.75 m，全桥共9个合龙段，合龙段长度均为2 m。

2 有限元模型及合龙方案

2.1 有限元模型

连续梁结构分析采用MIDAS/Civil有限元分析软件，全桥共划分291个单元，292个节点，共设57个施工阶段，具体参数和荷载选取如下。

1)混凝土

连续梁桥主梁混凝土强度等级为C55，弹性模量为3.60×104MPa，混凝土平均加载龄期按10 d计算，终极龄期按 1 500 d计算。

2)预应力钢筋

纵向钢束张拉控制应力分别为σcon=0.66fpk(腹板)和σcon=0.67fpk(其余部位)，横向钢束张拉控制应力为σcon=0.70fpk。其中，预应力钢筋承载力标准值fpk=1 860 MPa。预应力钢筋管道摩阻系数取0.23，管道偏差系数为 0.002 5，两端锚具回缩6 mm。

3)恒载

连续梁桥结构恒载包括结构及附属设备的自重、预应力钢束的预应力、混凝土收缩徐变、基础变位引起的内力等，而桥面附属设备以二期恒载的形式作用在桥面上，大小为75 kN/m。

4)活载

设计活载：中-活载，活载动力系数为1.087。

5)温度力

桥梁合龙温度为10～15 ℃，偏于安全地考虑结构整体升温20 ℃、降温20 ℃(不含混凝土收缩影响)及桥面顶板升温5 ℃对结构的影响，混凝土线膨胀系数为1.0×10-5。以上温度模式按实际最不利情况组合。

6)基础不均匀沉降

连续梁桥相邻两桥墩的基础不均匀沉降量一般为2 cm，考虑混凝土收缩徐变对基础不均匀沉降的有利影响，取不均匀沉降量的50%进行内力组合计算。

7)支座摩阻力

活动支座摩阻力只考虑恒载作用引起的支座摩阻力，一般支座摩阻力为0.05倍恒载。

8)施工临时荷载

本文中主要考虑挂篮荷载，每套挂篮按80 t 计算。

9)特殊荷载

特殊荷载包括地震力、施工荷载等。连续梁桥所处地区地震基本烈度为7度，地震设计的主要参数为场地土特征周期0.4 s，地震动峰值加速度0.15g，Ⅲ类场地土。

2.2 合龙方案

根据该桥的特点及多联大跨度连续梁桥的特殊性，提出3种可行的合龙方案，见表1。

表1 3种合龙方案

3种合龙方案均采用边合龙边转换体系模型，且全部合龙完成后集体拆除临时支撑，即全部合龙完成后再进行体系转换。

3 合龙方案比较

在恒荷载作用下3种合龙方案的竖向位移如图2所示。3种合龙方案的支座预偏量如图3所示，其中，预偏量负值表示向小里程侧方向,42#墩为固定墩。

图2 3种合龙方案的竖向位移(单位：m)

图3 3种合龙方案的支座预偏量

最后一批合龙段张拉后3种合龙方案各跨截面最大应力见表2，其中，负值为压应力。

表2 3种合龙方案各跨截面最大应力 MPa

由图2、图3和表2可知：

1)3种合龙方案在恒荷载作用下位移变化趋势比较接近。对比3种方案，方案1的最大竖向位移最小，发生在第2跨和第8跨，最大竖向位移为-0.035 m；方案3的最大竖向位移最大，发生在中跨(第5跨)，最大竖向位移为-0.042 m。方案3的支座预偏量最大，方案2的预偏量最小。方案3的应力最大，方案1的应力最小。

2)综合累积竖向位移、支座预偏量、各跨截面最大应力3个控制因素，合龙方案1要优于其他2种方案，采用方案1更合理。

3)采用方案1合龙施工时，结构全部合龙后进行体系转换的支座预偏量要偏大一些，施工时应按照规范[11]中规定的支座安装温度对支座预偏量进行调整。合龙后进行体系转换时，应实时监测支座位移变化情况，确保变形符合预测值。

4 结语

本桥施工监控过程中，通过严格控制现场施工，悬臂浇筑节段的高程与计算要求的高程基本吻合，各截面应力与模型预测值基本符合。最终全桥合龙口最大误差仅为7.2 mm，满足规范要求。

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[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1999.

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[11]中国铁路总公司.Q/CR 9603—2015 高速铁路桥涵工程施工技术规程[S].北京:中国铁道出版社，2015.