不同合龙方案对预应力混凝土连续梁桥成桥状态的影响研究

不同合龙方案对预应力混凝土连续梁桥成桥状态的影响研究

张晋君

中铁二十局集团第四工程有限公司 山东 青岛 266000

摘要：合龙顺序是影响悬臂施工连续梁桥成桥状态的重要参数。为研究不同合龙方案对连续梁桥成桥状态的影响，以安徽省马鞍山市郑蒲港某铁路项目一座（40+70+40）m连续梁桥为工程背景，采用有限元软件对不同合龙方案下成桥应力与线形进行计算。结果表明：不同合龙方案对成桥后应力与线形有较大影响；在此桥型下，先进行边跨合龙再进行中跨合龙有利于成桥后主梁线形平顺。

关键词：连续梁；合龙顺序；应力；线形；有限元法

1.引言

合龙工艺是连续梁桥悬臂施工中的一个重要环节，不同的合龙顺序对于桥梁施工过程和成桥后结构的受力有着不同程度的影响^[1-2]，因此探究合理的合龙顺序对于悬臂施工的桥梁是十分必要的。钟正强等^[3]以长沙湘江南大桥为例，分析了一次落架合龙和逐段合龙对主梁变形与受力的影响。杨帆^[4]为研究边中跨比大于常规连续梁桥时的合龙方案，以宜万铁路叶溪河大桥为例，对比了3种不同合龙方案的结果，最终确定了此类桥型的合理合龙方案。杨阳等^[5]通过分析某连续梁桥2种合龙方案下，自重、徐变次内力与钢束次内力对该桥内力与线形的影响，得出了该桥最优的合龙方案。刘会球^[6]以某连续梁桥为工程背景，研究了不同合龙方案对主梁施工阶段内力与挠度、成桥阶段线形的影响及考虑温度下劲性骨架的合理设计。当前研究很少将一次合龙与其他合龙方式对成桥后的影响进行对比分析，因此，本文以安徽省马鞍山市郑蒲港某铁路连续梁桥为工程背景，分析包括一次合龙在内的不同合龙方案对其成桥后应力与线形的影响。

2.工程概况及有限元分析模型

本文以安徽省马鞍山市郑蒲港某铁路项目为例，该铁路连续梁较多，设计合龙方式不同，为此以该铁路最为典型的跨某国道公路三跨连续梁桥为工程背景，该桥全长为150m，位于半径R=4500m的竖曲线上，其跨径组成为（40+70+40）m。主梁宽度为7m，有砟轨道单线设计，设计速度160公里/时。主梁采用变截面箱梁，箱梁根部梁高4.0m，跨中梁高2.0m，箱梁顶板宽15.74m，底板宽8.0m，翼缘板悬臂长为3.87m，图1为主梁断面图。箱梁高度从墩中心1.75m处到跨中1.0m处按1.8次抛物线h=0.003852x^1.8+2.0（m）变化。主梁在墩顶0号块设一个厚250cm 的横隔板，在边跨端部设置厚150cm的横隔板，其余部位均不设横隔板。箱梁采用三向预应力体系。

图1 主梁断面图（单位：m）

为了分析不同合龙顺序对连续梁桥成桥状态的影响，运用MIDAS/CIVIL 2020建立有限元模型，模拟不同合龙施工顺序对成桥后主梁应力与线形的影响。全桥共有57个单元，62个节点。该桥有限元分析模型如下图2所示。

图2 有限元模型图

3.不同合龙方案对成桥状态的影响

3.1合龙顺序

根据该桥的特点提出了3种可行的合龙方案。方案一：先合龙边跨再合龙中跨；方案二：先合龙中跨再合龙边跨；方案三：全桥一次合龙。

3.2成桥应力分析

应力是桥梁设计、施工和使用中的重要指标^[7-8]，降低主梁上下缘应力可避免箱梁发生开裂。下图3和图4为不同合龙方案时，主梁上下缘应力对比图。表1所示为控制截面在不同合龙方案时的应力值。

图3 成桥后恒载作用下截面上缘应力

图4 成桥后恒载作用下截面下缘应力

表1 各控制截面上下缘应力（单位：MPa）

由图3和图4可知，两支座间上缘应力最大差值在方案一时为9.29MPa，方案二时为9.31 MPa，方案三时为9.40MPa；两支座间下缘应力最大差值在方案一时为12.28MPa，方案二时为12.52MPa，方案三时为12.57MPa，可知在不同合龙方案下，方案一的应力变化幅最小。

由表1可知，在恒载作用下，方案三对应的边跨跨中、支点、中跨跨中上下缘应力较其他两个方案小，方案二最大；在钢束次内力作用下，方案二对应的边跨跨中、支点、中跨跨中上下缘应力较其他两个方案小，方案一和方案三接近；在徐变次内力作用下，方案一对应的边跨跨中、支点、中跨跨中上下缘应力较其他两个方案小，方案二最大。

综上可知，在仅对不同合龙方案下应力进行分析时，方案一的上下缘应力与方案三接近且较小，而方案一的应力变化幅最小，为较优的合龙方案。

3.3成桥线形分析

成桥后线形能否满足要求与施工阶段桥梁的合龙顺序有着密切关系^[9-10]。下图5为不同合龙方案下主梁的挠度值。

图5 成桥后恒载作用下竖向位移

由图5可知，方案一时边跨最大位移差值为19.97mm，方案二时边跨最大位移差值为22.01mm，方案三时边跨最大位移差值为20.09mm；方案一时中跨最大位移值与跨中位移值差为17.40mm，方案二时中跨最大位移值与跨中位移值差为18.41mm，方案三时中跨最大位移值与跨中位移值差为18.23mm。由此可以看出，采用方案二与方案三时，成桥后恒载作用下结构的挠度变化幅值大于方案一，主梁线形无方案一平顺，对结构受力不利。

4.结论

为研究不同合龙方案对连续梁桥成桥状态影响，本文以某连续梁桥为依托，分析了3种合龙方案对主梁成桥应力与线形的影响，得出以下结论：

（1）合龙是连续梁桥设计和施工中的一项重要工序，不同的合龙方案对于成桥后主梁上下缘应力与线形会产生不同程度影响，因此施工单位应对合龙方案做出合理调整。

（2）对于连续梁桥而言，方案一（先边跨后中跨合龙）为3种方案中较优方案，成桥后梁体线形最为平顺。方案一与方案三应力接近且较小；方案一的应力与线形变化幅值均为最小。

参考文献：

[1]吴建中.多跨连续梁的合龙设计[J].桥梁建设,1999(03):32-35.

[2]石现峰.施工方法对混凝土连续梁桥内力及变形的影响[J].工程力学,1998(增刊):543-549.

[3]钟正强,陈常松,颜东煌.连续梁桥合龙方案对施工控制的影响[J].长沙交通学院学报,2002(03):27-31.

[4]杨帆.宜万铁路叶溪河大桥(70+108+70)m连续梁桥合龙方案优化设计[J].铁道标准设计,2012(07):55-59.

[5]杨阳,曹兴龙,崔建龙,邓晓,王神力.不同合龙方式对连续梁桥成桥状态的影响[J].铁道建筑,2014(05):19-20+99.

[6]刘会球.大跨度单线铁路混凝土连续梁桥施工合龙方案研究[J].铁道科学与工程学报,2019,16(03):706-711.

[7]刘明虎,谭皓,徐国平,赵灿晖.大跨径混合梁斜拉桥合龙技术研究与实践[J].桥梁建设,2011(04):83-87.

[8]孙全胜,李大杰.超长联大跨连续梁桥合龙顺序分析[J].世界桥梁,2012,40(05):45-48.

[9]刘沐宇,杜细春.多跨PC刚构-连续组合梁桥的合拢次序分析[J].武汉理工大学学报,2007(06):107-110.

[10]留晗,张宇.合拢方式对多跨连续梁线形和内力的影响[J].兰州交通大学学报,2012,31(04):31-35.