趙新宏 費(fèi)維水 寧曉駿 孟亞鋒

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 昆明 650500; 2.河南中豫路橋工程有限公司 鄭州 450000)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槎樟汗探Y(jié)形式的連續(xù)梁橋[1]，主要采用懸臂澆筑法[2]施工。先進(jìn)行0#塊施工，在此基礎(chǔ)上通過移動(dòng)掛籃對(duì)稱澆筑后續(xù)梁段，然后張拉預(yù)應(yīng)力，最后進(jìn)行合攏成橋。連續(xù)剛構(gòu)橋在合攏過程中會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)體系的變化，由靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為超靜定結(jié)構(gòu)，且隨著多個(gè)T構(gòu)的合攏，結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)越來越高，合攏順序的不同會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形。對(duì)于跨徑較小或跨數(shù)較少的剛構(gòu)橋，合攏順序的改變對(duì)于內(nèi)力和變形影響不大；隨著跨數(shù)的增多，合攏順序?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)的影響較為明顯，合攏作為連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，很有必要對(duì)合攏階段進(jìn)行分析和研究，這關(guān)系到橋梁后期運(yùn)營階段的壽命及其受力性能。本文以云南某高速路上的一座連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槔?，通過對(duì)比不同合攏順序下連續(xù)剛構(gòu)橋的下?lián)霞皯?yīng)力情況，選取合理的施工合攏順序，并對(duì)合攏溫度進(jìn)行分析。

1 工程概況

該連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑形式為(85+4×160+85)m，主梁采用單箱單室截面，C55混凝土，橋面寬度為12.5 m，底面寬度為6.5 m。0#塊長度13 m，梁節(jié)段劃為(9×3+4×3.5+7×4.5)m。1#～20#梁段梁高變化采用1.8次拋物線，跨中梁高3.5 m，0#塊位置處梁高為10 m，底板厚度同樣采用1.8次拋物線從跨中由0.32 m漸變到1 m，腹板厚度由0.7 m漸變到0.5 m。0#塊位置處底板厚度為1.3 m，頂板厚度為0.28 m，腹板厚度為0.9 m。主墩采用雙肢薄壁空心墩，最大墩高為110 m，設(shè)置兩道系梁。橋型布置見圖1。

圖1 橋型布置(單位：m)

2 建立有限元分析模型

MIDAS/Civil軟件相對(duì)國內(nèi)其他軟件更為成熟，特別是針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)，MIDAS/Civil結(jié)合國內(nèi)規(guī)范與習(xí)慣，在建模、分析、后處理、設(shè)計(jì)等方面提供了很多便利功能，目前已被各大公路、鐵路部門的設(shè)計(jì)院所采用。

本文通過MIDAS/Civil 2019建立全橋有限元模型，全橋共劃分542個(gè)節(jié)點(diǎn)，524個(gè)單元(1～250為連續(xù)剛構(gòu)橋單元)。荷載包括：自重、二期、預(yù)應(yīng)力、整體升降溫、溫度梯度以及施工過程中混凝土濕重和掛籃荷載(取最大梁段重量的0.4倍)的重量。支點(diǎn)位置采用豎向支撐，墩與梁、墩與系梁通過彈性連接-剛性來模擬實(shí)際情況。全橋有限元模型見圖2。

圖2 全橋有限元模型

3 合攏順序分析

剛構(gòu)橋施工過程中，施工順序的不同，會(huì)造成體系轉(zhuǎn)換過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布的情況不同，且其初始內(nèi)力可能也有所差別[3]。為了分析不同合攏順序?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)的影響，考慮了以下4種情況的合攏順序：

工況1: 先進(jìn)行邊跨合攏，之后次邊跨，最后中跨合攏；

工況2:先進(jìn)行邊跨合攏，之后中跨，最后次邊跨合攏；

工況3:先進(jìn)行中跨合攏，之后邊跨，最后次邊跨合攏；

工況4:先進(jìn)行中跨合攏，之后次邊跨，最后邊跨合攏。

對(duì)于合攏順序是否合理，往往通過結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形位移等因素來進(jìn)行考慮，接下來對(duì)比不同工況下結(jié)構(gòu)的累積位移和內(nèi)力情況來確定合理的合攏順序。

3.1 不同合攏工況下結(jié)構(gòu)的累積位移情況

4種合攏順序下主梁累計(jì)的豎向位移如表1(表中僅列出控制截面位置處的豎向位移)所示。

表1 不同工況下的累計(jì)豎向位移 mm

由表1可知，合攏順序?qū)τ诤蠑n位置處的累計(jì)豎向位移影響比較大，對(duì)于墩頂位置的位移沒有影響。其中工況4中2#合攏位置的豎向位移最大，邊跨合攏位置豎向位移最小，工況2、3的位移基本相同，工況2與工況1相比，2#合攏位置處豎向位移減小了20.1%，3#合攏位置處豎向位移減小了14.3%，工況3與工況1相比，2#合攏位置處豎向位移減小了20.5%，3#合攏位置處豎向位移減小了12.9%，工況2、3相對(duì)工況1更優(yōu)。

由此可見，合攏順序?qū)τ谥髁旱牧⒛?biāo)高影響比較大，但對(duì)墩頂豎向位移沒有影響。

3.2 不同合攏工況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力情況

根據(jù)計(jì)算可以得到4種不同工況下箱梁上、下緣應(yīng)力(應(yīng)力拉為正，壓為負(fù)值)，如圖3—圖4(圖中所示單元僅為橋長一半)所示。

從圖3—圖4可以看出,不同合攏順序下的主梁應(yīng)力均為全截面受壓，且數(shù)值比較接近。不同工況下箱梁上緣最大壓應(yīng)力均在墩頂位置處，最小壓應(yīng)力在邊跨支點(diǎn)位置處。最大壓應(yīng)力分別為-11.9、-11.8、-11.8、-11.8 MPa；最小壓應(yīng)力分別為-2.61、-2.61、-2.62、-2.62 MPa。與工況1相比，其他工況應(yīng)力最大差分別為0.36、0.38、0.37 MPa(差值為正表示壓應(yīng)力更大，反之更小)。

圖3 成橋狀態(tài)箱梁上緣應(yīng)力情況

圖4 成橋狀態(tài)箱梁下緣應(yīng)力情況

不同工況下箱梁下緣應(yīng)力均為全截面受壓，且最大壓應(yīng)力位置均在墩頂位置處，最小壓應(yīng)力在邊跨跨中位置處。最大壓應(yīng)力分別為-10.8、-10.7、-10.6、-10.7 MPa；最小壓應(yīng)力分別為-4.61、-4.44、-4.47、-5.10 MPa。與工況1相比，其他工況應(yīng)力最大差分別為-0.60、-0.66、-0.64 MPa(差值為正表示壓應(yīng)力更大，反之更小)。

4 合攏溫度影響分析

連續(xù)剛構(gòu)橋作為墩梁固結(jié)的超靜定結(jié)構(gòu)，尤其對(duì)于多跨的連續(xù)剛構(gòu)橋來說，溫度的變化會(huì)產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，另外混凝土的收縮徐變也會(huì)受到溫度變化的影響，兩者的共同影響會(huì)產(chǎn)生更大的次內(nèi)力，所以施工過程中需要嚴(yán)格控制合攏溫度[4]。

對(duì)于合攏溫度的模擬，往往以整體升降溫的數(shù)值變化來考慮。該橋所在地區(qū)的最高氣溫為35 ℃，最低溫度為-5 ℃，設(shè)計(jì)合攏溫度為15 ℃，等同于整體升降溫20 ℃。同樣考慮合攏溫度為10 ℃和20 ℃，也就是升溫25 ℃(降溫15 ℃)和升溫15 ℃(降溫25 ℃)。不同合攏溫度下主梁應(yīng)力見表2。

由表2可知，10 ℃合攏相比20 ℃合攏時(shí)，主梁壓應(yīng)力增大了0.79 MPa，拉應(yīng)力減小了0.79 MPa，由此可知，合攏溫度對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響非常顯著，合攏溫度的提高對(duì)于結(jié)構(gòu)更為不利，當(dāng)整體降溫時(shí)會(huì)使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，降低預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。對(duì)于合攏溫度較低，結(jié)構(gòu)整體溫度升高時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)更有利。所以施工過程中嚴(yán)格控制合攏溫度非常關(guān)鍵，同時(shí)應(yīng)選在1天中溫度最低的時(shí)間段來進(jìn)行合攏，如無法按照設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行合攏，可考慮通過頂推力來減少高溫合攏對(duì)于結(jié)構(gòu)的不利影響。

表2 不同合攏溫度下主梁應(yīng)力

5 結(jié)語

(1)通過對(duì)比不同合攏順序下的位移和內(nèi)力，發(fā)現(xiàn)不同工況下的應(yīng)力情況以及墩頂位移差別不大，但主梁的累計(jì)豎向位移有著較為明顯的區(qū)別，也就是合攏順序不同對(duì)主梁的線型有一定影響，影響主梁的立模標(biāo)高。

(2)通過分析不同合攏溫度，發(fā)現(xiàn)低溫合攏往往對(duì)結(jié)構(gòu)更為有利，整體降溫對(duì)結(jié)構(gòu)的影響比較大，所以設(shè)計(jì)以及施工過程中需要嚴(yán)格控制合攏溫度，如無法按照設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行合攏，應(yīng)采取一定措施(施加頂推力[5]等)來減小高溫合攏帶來的影響。