客运专线多跨连续刚构桥合龙顺序对桥墩水平顶推位移影响研究

刘华为

(中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北十堰442000)

0 引言

随着计算手段、建造技术、材料性能的不断发展，桥梁结构形式出现了向大跨、轻型、高强、整体及组合的方向发展，新型的超静定结构愈发常见，主体结构形成后，超静定次数也较以前高很多。结构超静定次数大大增加，使得结构对材料弹性模量、收缩徐变、预应力筋的张拉、结构降温将会很敏感，同时对该桥内力状态将产生较大影响。连续梁合龙过程是桥梁结构体系转化的过程，使得连续梁从原来的悬臂T构的静定结构转化为连续的超静定结构，合龙过程会伴随着结构内内力重分布的过程。多跨连续刚构不同的合龙顺序会对结构产生不同的竖向变形和不同的内力重分布。同时，连续刚构合龙时桥墩会发生向内侧倾斜变形，如果成桥后桥墩的变形超出控制范围，在施工过程中和运营过程中，桥墩外侧因混凝土受拉而开裂破坏，影响结构的正常使用。因此，在多跨连续刚构施工中，研究合龙顺序对桥墩顶推水平位移影响具有非常重要的意义。

1 工程概况

某客运专线特大桥主桥采用60+100+100+60（m）连续梁结构形式，梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁。箱梁顶板宽12.2 m，箱梁底板宽6.7 m。顶板厚度除梁端附近外均为40 cm，底板厚度由主墩根部120 cm变至跨中及边跨直线段40 cm，按直线线性变化，腹板厚度由主墩墩顶100 cm变至跨中及边跨支点60 cm、按折线变化，全梁在端支点、中跨中及中支点处共设置横隔墙。梁体全长321.5m，中支点处梁高7.85 m，跨中2.0 m范围内及边跨现浇段梁高为4.85 m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心至梁端0.75 m。

2 两种合龙方案计算结构简图

2.1 合龙方案

（1）原合龙方案（简称方案一）：

采取先合龙边跨再进行中跨合龙的合龙顺序，此合龙顺序是在两边跨各变为超静定体系后，限制边跨梁的转角和竖向变形，进而进行中跨合龙。这种合龙方案可准确地满足设计的各项要求。

（2）改后的合龙方案（简称方案二）：

在先合龙中跨情况下，由于结构体系的不同及水平顶推力的变化，会比原有方案对结构内力线形有一定的改变。

2.2 计算简图

两种合龙方案包括由最大悬臂状态至成桥阶段结构计算简图如图1～图6所示。

（1）方案一：主桥合龙过程结构简图（见图1～图4）。

图1 最大悬臂状态示意图

图2 边跨先合龙示意图

图3 边跨合龙后进行中跨合龙前的顶推示意图

图4 主体结构施工完成成桥结构简图

（2）方案二：主桥合龙过程简图（见图5、图6）。

图5 中跨施加水平顶推力与合龙示意图

图6 边跨合龙与成桥结构简图

3 水平位移量优化控制分析

水平位移的控制是在合龙顺序改变过程中的重要一环，其关系着成桥运营阶段桥梁长期荷载组合情况下桥梁结构内力的分布变化，进而影响着桥梁的线形是否合理、美观，桥梁内力是否分布较为均匀合理、行车是否舒适，以及能否经受住偶然荷载的作用。

水平位移量的产生是由于当大跨度连续刚构混凝土桥梁采用悬臂施工方法时，每一块段的混凝土龄期段，其徐变、收缩效应较为明显。结构不对称或悬臂施工的进度不同，则徐变、收缩发展的历程不同，使左右两半跨产生的挠度和转角不同，若不能预先较为准确地计入徐变、收缩效应，并采取相应措施，将导致合龙困难。

水平位移是依据合龙过程中由于顶推力产生水平位移量的多少为前提，辅以应力控制，在应力需要满足的前提下进行水平顶推力的修正，以满足应力水平的前提下达到预计算的水平位移的目的。

4 两种合龙方案水平位移量计算分析

方案一的水平位移计算结果为原设计过程中得到的合龙过程中最佳状态，即施加500 t水平顶推力作用下的边跨合龙完成后的水平位移，是计算方案二合龙过程中的水平顶推力的一个参照，因此有必要对方案一的水平顶推力进行严密的计算预估。据此，经过大量复杂的计算，依据当地的实际状况，考虑实际施工过程中合龙温度有高于设计合龙温度的可能，同时在此阶段进行施工阶段时间定义时特别设置为极短的时间历程下，综合分析排除干扰得到了方案一在边跨合龙后中跨处施加500 t水平顶推控制力的水平位移图（见图7），以及相应的详细数据表（见表1、表2）。

图7 水平顶推力500 t作用下结构简图（方案一）

表1 水平顶推力500 t作用下3#墩边跨各单元水平位移量一览表（单位：cm）（方案一）

表2 水平顶推力500t作用下1#墩边跨各单元水平位移量一览表（单位：cm）（方案一）

表1和表2的数据说明方案一在顶推力作用下3#墩边跨各个块件产生的两侧变形值均值为3 cm左右，1#墩边跨各施工块件轴向变形均值为5 cm左右，数值表示与顶推力方向一致的水平位移值。由此得到墩顶吸收的水平位移量，由墩顶吸收的水平位移量分别为1#墩5 cm，3#墩3 cm，这部分位移通过主墩的弹性变形墩来储存，在长期荷载效应条件下，这部分弹性变形由主梁混凝土的收缩徐变及预应力钢束的损失逐渐消耗。

以此水平位移量为主要参考量，进行中跨合龙的合理性分析：对最大悬臂状态下的水平顶推力进行试算分析，得到最佳顶推力结果（见表3和表4）。图8为两种合拢方案不同推力作用下的水平位移对比图。

表3 水平顶推力320 t作用下3#墩边跨各单元水平位移量一览表（单位：cm）（方案二）

从表3和表4的数据和图8可知，方案二在调整顶推力为320 t作用下3#墩边跨各个块件产生的两侧变形值均值为3 cm，1#墩边跨各施工块件轴向变形均值为5.2 cm，数值表示与顶推力方向一致的水平位移值，由此得到墩顶吸收的水平位移量，由墩顶吸收的水平位移量分别为3#墩与1#墩的3 cm和5.2 cm，这部分位移通过主墩的弹性变形墩来储存，在长期荷载效应条件下，这部分弹性变形由主梁混凝土的收缩徐变及预应力钢束的损失逐渐消耗。与方案一的数值对比基本保持一致，因此，在顶推力施加时即考虑收缩徐变的长期影响条件下，对合龙过程中的顶推力调整为原顶推力的64%。

表4 水平顶推力320t作用下1#墩边跨各单元水平位移量一览表（单位：cm）（方案二）

图8 两种合龙方案不同顶推力作用下的水平位移对比图

5 结论

综上所述：在考虑两种合龙方案条件下，中跨首先合龙时改变顶推力的作用大小至一个合理数值能够较好地满足水平位移的要求；可以保证桥梁在成桥后桥墩处于合理的变形范围，使得桥梁在后期的运营过程中不会因桥墩的变形造成梁体预应力的松弛损失，进而影响结构的安全运营。