多跨高墩刚构连续梁合龙技术研究

多跨高墩刚构连续梁合龙技术研究

章新生 祝平华 周佳午 刘东升 王振辉

中铁四局集团第五工程有限公司 江西九江 332000

摘要：为探讨刚构-连续组合梁桥不同合龙顺序对主桥结构力学性能的影响，以六跨刚构-连续组合梁桥为研究对象，对比分析四种不同合龙顺序下主梁应力、线形及墩顶位移和内力的影响，为多跨高墩刚构-连续梁合龙技术提供研究指导。

关键词：多跨；高墩；刚构连续梁；合龙

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0 引言

对于刚构连续组合梁桥，挂篮悬臂施工过程较为复杂，在全桥合龙前需要完成许多关键性步骤，其合龙顺序的不同会影响主桥结构应力及线形^[1,2]。针对南溪河四线特大桥主桥施工关键技术问题，以不同合龙顺序为出发点，分别从结构内力、线形等方面进行系统分析，综合比较不同合龙顺序对全桥结构的影响规律^[3,4]。

1 工程概况

玉溪至磨憨铁路南溪河四线特大桥大桥位于玉溪市元江县，为跨越南溪河谷而设，是本段的控制性工程之一。该桥位于整体式的路线段，分为左右幅。主桥为预应力混凝土刚构-连续梁，跨径布置为50.9+96+2×128+96+50.9米，主桥总长为549.8米。主桥桥型布置图如图1.1所示。

梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，中跨中部10m梁段和边跨端部23.75m梁段为等高梁段，梁高5.4m；中墩处梁高为9.8m，其余梁段梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁箱底宽6.4m，一般断面顶板宽11.25m，设置接触网支架处顶板加宽12m，设置避车台处顶板加宽12m。边跨端块处顶板厚由80cm渐变至50cm，其余处顶板厚50cm；边跨端部、中支座两侧底板厚度由100cm渐变至48cm，其余处底板厚48cm；边跨端部、中支座两侧腹板厚度由50cm渐变至90cm，其余段腹板厚度为50cm；一般断面悬臂段厚度由35cm渐变至85cm，设置接触网支架或避车台处局部加宽段厚度为85cm。主梁截面示意图如图1.2所示。

图1.1主桥桥型布置图（单位：cm）

（a）一般截面 （b）8#和12#墩0#块截面 （c）9～11#墩0#块截面

图1.2 南溪河四线特大桥主梁截面示意图

2 有限元模型建立

根据设计图纸及现场施工方案，采用桥梁博士V4.3建立该桥有限元模型，本桥在计算程序中采用梁单元来模拟主梁及主墩。南溪河四线特大桥是刚构-连续组合梁桥，两侧设置支座，9～11#桥墩与主梁固结，7#、8#、12#、13#墩与主梁支座连接。墩梁之间设置刚臂模拟墩梁固结，设置主从约束模拟支座，承台桩基础考虑周围土抗力的影响。南溪河四线特大桥计算模型如图2.1所示。

图2.1 南溪河四线特大桥计算模型

3 不同合龙顺序对主桥结构内力、线形的影响分析

随着刚构-连续组合梁桥施工阶段的推进，桥梁的结构形式、支承约束条件以及荷载作用方式等都在不断发生变化^[5,6]。不同的合龙顺序施工方案，不仅影响桥梁施工周期与成本，也影响桥梁运营期间结构的安全性能。考虑四种不同的合龙顺序施工方案对结构的影响进行分析^[7,10]。四种不同的合龙顺序施工方案如下：

方案一：挂篮悬臂施工至合龙段，先进行中跨合龙，后次边跨合龙，再边跨合龙。全桥合龙后，解除8#、12#主墩的墩梁固结及临时锁定，完成体系转换。

方案二：挂篮悬臂施工至合龙段，先进行边跨合龙，后中跨合龙，再次边跨合龙。全桥合龙后，解除8#、12#主墩的墩梁固结及临时锁定，完成体系转换。

方案三：挂篮悬臂施工至合龙段，先进行边跨合龙，后次边跨合龙，再中跨合龙。全桥合龙后，解除8#、12#主墩的墩梁固结及临时锁定，完成体系转换。

方案四：挂篮悬臂施工至合龙段，多跨一次性合龙。全桥合龙后，解除8#、12#主墩的墩梁固结及临时锁定，完成体系转换。

3.1 不同合龙顺序对主梁应力的影响

在四种不同的合龙顺序施工方案下，分析成桥阶段对主梁控制截面的上、下缘应力的影响，计算结果如图3.1～图3.2所示。

图3.1 成桥阶段主梁上缘应力比较 图3.2 成桥阶段主梁下缘应力比较

计算结果表明，成桥阶段，在9～11#墩悬臂端根部截面，上缘应力中，方案一的压应力值最大，方案三、方案二其次，方案四压应力值最小；下缘应力中，方案三的压应力值最大，方案四、方案二其次，方案一压应力值最小。在8、12#墩悬臂端根部截面，上缘应力中，方案一的压应力值最大，方案二、方案四其次，方案三压应力值最小；下缘应力中，方案三的压应力值最大，方案四、方案一其次，方案二压应力值最小。在中跨的跨中截面，上缘压应力中，方案三的压应力值最大，方案四、方案一其次，方案二压应力值最小；下缘压应力中，方案三的压应力值最大，方案一、方案二其次，方案四压应力值最小。在次边跨的跨中截面，上缘压应力中，方案四的压应力值最大，方案二、方案一其次，方案三压应力值最小；下缘压应力中，方案三的压应力值最大，方案一、方案二其次，方案四压应力值最小。在边跨的跨中截面，上缘压应力中，方案四的压应力值最大，方案二、方案一其次，方案三压应力值最小；下缘压应力中，方案三的压应力值最大，方案一、方案二其次，方案四压应力值最小。综上所述，方案三对主梁受力相对较为不利，方案四对中跨和次边跨主梁受力相对有利，方案二对边跨主梁受力相对有利。

3.2 不同合龙顺序对主梁线形的影响

刚构-连续组合梁桥悬臂浇筑施工时，主梁挠度控制极为重要。针对四种不同的合龙顺序施工方案，分析对成桥阶段主梁线形的影响，计算结果如3.3所示。

图3.3 成桥阶段主梁竖向位移

计算结果表明，在成桥阶段下，10#墩中跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案四最大，方案三和方案一其次，方案二最小。9和11#墩中跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案一最大，方案二和方案三其次，方案四最小。9#墩次边跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案一最大，方案四和方案二其次，方案三最小。11#墩次边跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案一最大，方案三和方案四其次，方案二最小。8和12#墩次边跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案三最大，方案一和方案二其次，方案四最小。8#墩边跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案三最大，方案一和方案四其次，方案二最小。12#墩边跨最大悬臂梁段截面处竖向位移，方案四最大，方案一和方案二其次，方案三最小。四种方案中，方案一各截面的竖向位移变化最大，方案二各截面的竖向位移变化最小。综上所述，方案一对成桥竖向挠度影响相对最大，方案二对成桥竖向挠度影响相对最小。

3.3 不同合龙顺序对桥墩墩顶位移和内力的影响

针对四种不同的合龙顺序施工方案，分析成桥阶段对桥墩墩顶位移和内力的影响，计算结果见如3.4～图3.5所示。

图3.4 成桥阶段墩顶水平位移值 图3.5 成桥阶段墩顶弯矩值

计算结果表明，在成桥阶段，8、12#墩墩顶位移方案三相对最大，最大差值在57.48%，其余三种方案比较接近，方案四相对最小；9～11#墩墩顶位移，四种方案均比较接近，差值范围在11.3%～24.6%。8、12#墩墩顶弯矩方案三相对最大，最大差值在44.3%；其余三种方案比较接近，方案四相对最小；9～11#墩墩顶弯矩，四种方案均比较接近，差值范围在10.7%～27.5%。综上所述，方案三对成桥墩顶位移和墩顶弯矩影响相对最大，方案四对成桥墩顶位移和墩顶弯矩影响相对最小。

4 结论

以不同合龙顺序为出发点，分别从结构内力、线形等方面进行了系统的分析。综合比较之后，在成桥阶段，方案三对主梁受力相对较为不利，方案四对中跨和次边跨主梁受力相对有利，方案二对边跨主梁受力相对有利；方案一对成桥竖向挠度影响相对最大，方案二对成桥竖向挠度影响相对最小；方案三对成桥墩顶位移和墩顶弯矩影响相对最大，方案四对成桥墩顶位移和墩顶弯矩影响相对最小。

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