混凝土连续梁成桥方法对结构和施工支架受力状态的影响分析

宋 福

(神华新准铁路公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

混凝土连续梁成桥方法对结构和施工支架受力状态的影响分析

宋 福

(神华新准铁路公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

本文在介绍混凝土连续梁桥变更施工方法三个案例的基础上，以某四跨连续梁桥为工程背景，分析了不同成桥方法对结构应力和变形的影响，研究混凝土连续梁桥变更成桥方法对结构内力、变形及施工临时结构的影响;对在支架上张拉预应力时支架立柱的内力变化进行了计算。结果表明，支架立柱的反力与常规计算的结果不同，需要对部分立柱进行加强。

混凝土连续梁 成桥方法 支架立柱

由于受桥位处施工环境等因素的影响或限制，工程实践中连续梁变更成桥方法不可避免，如满堂支架现浇变更为节段悬浇，或为加快施工进度将节段悬浇变更为满堂支架现浇等。除以上常规变更外，也有个别桥梁采用了非常规的变更方法。本文对连续梁变更成桥方法的影响进行了分析。

施工中混凝土连续梁变更成桥方法会使结构在施工和成桥时产生不同的内力状态和线形状态，对应的预应力筋配束也不一样，比如满堂支架现浇的连续梁与节段悬浇连续梁的预应力束的配置是不同的。桥梁施工图一般都会给出成桥方法，如改变成桥方法则要有相应的变更设计图，对结构的影响较大。

在连续梁的施工方法中，满堂支架法施工是经常采用的施工方法。对采用支架现浇施工的连续梁在进行支架结构设计与计算时，将混凝土湿重一般按支撑立柱的间距来分配荷载，并据此验算支架的承载力。在支架上张拉预应力会导致支撑立柱的反力产生重分配，即部分支撑立柱的反力增大，部分支撑立柱的反力减小。施工中应对施工支架的安全性给予重视，特别是在支撑立柱强度安全储备不多时要考虑到在支架上张拉预应力会导致支撑立柱反力的增大，否则可能产生安全隐患。

本文简要介绍三种非典型混凝土连续梁变更成桥方法，以其中的一座连续梁桥为对象，对变更成桥方法产生的应力状态及线形状态的变化，以及在满堂支架上张拉预应力对支撑立柱反力的影响进行计算分析，探讨变更成桥方法对支架受力状态的影响。

1 连续梁成桥方法变更实例

1.1 中跨合龙后再施工边跨(实例一)

某连续梁桥原设计采用挂篮施工，但由于两边跨直线段分别跨越河道和公路，无法搭设支架进行现浇段施工。因此改为先对称施工至6#块后合龙中跨，然后继续采用挂篮施工边跨至8#块，同时在中跨进行配重。最后利用墩旁支架在墩顶施工9#块。图1为其成桥方法的结构示意。采用此成桥方法，因7#，8#段改为悬臂挂篮施工，需要重新设计悬臂施工阶段的预应力束布置方式。

1.2 边跨支架施工中跨挂篮施工(实例二)

某连续梁原设计采用满堂支架法施工，且边跨满堂支架已全部搭设完成，但由于中跨道路未能按原计划完成，无法搭设支架，导致本桥须变更施工方法，即采用节段挂篮浇注施工代替满堂支架法。由于边跨满堂支架已搭设完成，如拆除全部支架将提高施工成本，因此决定采用边跨在支架上分段浇筑，中跨采用挂篮分段浇注的成桥方法，每节段先施工边跨，然后在中跨挂篮悬臂浇筑对应节段。图2为变更成桥方法后的施工示意。

由于两边支撑方式不同，为满足抗倾覆稳定要求，在中跨设置了钢管支撑，为确保安全又在边跨配置了压重。该成桥方法的施工顺序本质上与采用两边挂篮对称浇筑的常规施工方法相同，但结构在施工过程中的应力状态和变形是有差别的。

图1 先合龙中跨再施工边跨施工示意

图2 边跨支架中跨挂篮成桥方法示意

1.3 一主墩范围内支架施工其余结构挂篮施工

(实例三)

某四跨一联连续梁原设计采用挂篮施工，受桥位处施工条件限制，变更为在一主墩范围内的梁段采用支架现浇，其余两主墩采用挂篮节段悬浇，施工示意如图3。

图3 一主墩范围内支架其余两主墩挂篮成桥施工示意

同样，该成桥方法与常规的施工方法不同，因此也对上部结构进行了特别设计，支架施工的结构与悬臂挂篮浇筑的结构在梁段划分及预应力束布置均不同。变更成桥方法后施工过程中结构的应力状态也相应变化，支架拆除与中跨合龙的先后顺序对现浇段的应力状态和变形也有较大的影响。如支架在中跨合龙后再拆除，则张拉合龙束时会使支架立柱的内力发生重分布。

2 成桥方法对结构和施工支架受力的影响分析

2.1 工程概况

某铁路客运专线四跨一联预应力混凝土连续梁(施工示意如图3)，其跨径为(48+80+80+48)m，原设计采用挂篮对称悬臂灌注的成桥方法，但由于1#墩～2#墩范围内的拆迁问题而导致工期延误。3#墩～5#墩跨高架，梁部无法采用满堂支架法施工。为缩短整桥施工工期，以2#墩～3#墩跨中合龙段为分界点，分界点至5#墩采用悬臂灌注法施工，1#墩至分界点采用满堂支架法施工。

2.2 结构计算模型

2.2.1 计算模型

结构计算采用桥梁博士3.1.0结构分析程序，结构计算模型见图4(成桥状态)。模型中桥梁上部结构划分为144个单元，共145个节点。施工过程按照设计资料提供的成桥方法施工。

图4 结构计算模型

2.2.2 计算工况

表1为计算模型中的详细施工工况表，梁体节段划分见图3。

2.3 计算分析

为了分析变更成桥方法对结构应力状态和变形的影响，对采用挂篮对称悬浇的施工方法和一主墩范围采用支架现浇其余两主墩采用挂篮的成桥方法进行对比分析，其中后者又可分为支架在中跨合龙前拆除和合龙后拆除两种工况。由于桥梁主桥结构形式不变，恒载是一定的，故主要对恒载作用下不同成桥方法对应的应力状态进行比较分析。

表1 理论分析工况

2.3.1 成桥方法对恒载应力的影响分析

表2为恒载作用下施工过程中上部结构的应力计算结果，二期恒载集度为134 kN/m。

表2 恒载作用的应力计算结果对比 MPa

从表2计算结果可以看出，与挂篮对称悬浇的成桥方法相比，采用一主墩支架其余两主墩挂篮施工时，上部箱梁结构上、下缘最大应力、最大主应力等均有所增加，其中下缘最大应力增大了1.32 MPa。此外，支架拆除与中跨合龙的先后顺序对各项应力指标也有所影响。

2.3.2 成桥方法对变形的影响分析

图5给出在恒载作用下上部结构的累计变形计算结果。

图5 不同成桥方法对上部结构变形的影响

从图5可见，在恒载作用下，不同成桥方法对上部结构变形的影响是比较明显的，特别是支架拆除与中跨合龙的先后顺序不同对变形的影响有近40 mm，即在合龙前拆除支架会使最大悬臂端产生40 mm的向下变形，为确保安全施工，最后采用了后拆除支架的施工顺序。

2.4 预应力张拉对支撑立柱内力的影响分析

本桥变更为一主墩范围内满堂支架其余两主墩挂篮的成桥方法，并且采用支架在张拉合龙完成后拆除的施工顺序，即1号主墩范围内的上部结构梁段的预应力张拉及合龙预应力束张拉需在满堂支架上进行，因成桥方法不同而增加的对施工临时结构即支架结构的受力分析也至关重要。以往在进行支架设计计算时一般是将混凝土湿重按支撑立柱的间距来分配荷载，验算支架的承载力。因此本桥在支架设计时原来并未考虑在支架上张拉预应力所导致的支撑立柱的反力重分配，后经计算发现考虑反力重分配后的支撑立柱安全系数小于施工安全需求，故进行重新设计。图6为本桥1号主墩范围内上部结构梁段和支撑立柱布置示意图。

2.4.1 计算分析模型

根据2.2节建立的计算模型，取其1号主墩范围内上部结构，在支撑立柱处设置单向支撑。整个支架现浇段结构划分为60个单元，共61个节点。计算模型见图7。

图6 上部结构梁段和支撑立柱布置示意

图7 支架现浇段结构计算模型

2.4.2 预应力张拉对支撑结构内力的影响分析

按混凝土湿重分配计算的各支撑立柱的反力列于表3的第一行，表3的其余部分为按照变更后的成桥施工顺序，各个工况下支撑立柱反力的变化情况。

表3 支撑立柱与永久支座反力kN

从表3的计算结果可以看出，按混凝土湿重计算得到的各支撑立柱反力是相对接近的。但按实际施工工况模拟计算的支撑立柱反力与按混凝土湿重的计算结果差别很大，特别是5#和8#支撑立柱在张拉B段预应力束时的反力分别为5 170 kN和5 520 kN，比按混凝土湿重计算的反力大很多，其中5#支撑立柱的反力是按湿重计算的1.4倍;8#支撑立柱的反力是按湿重计算的2.3倍。4#，9#支柱所受到的最大反力也明显大于按湿重分配计算的反力。由此可见，在支架上张拉预应力对支撑立柱的影响是不能忽视的，在这种成桥方法中是一个必须考虑的因素。

3 结论与建议

由混凝土连续梁成桥施工方法变更的案例可以看出，成桥方法的变更必然会影响到结构施工节段的划分、结构预应力束布置和施工临时结构的布置等各方面。在一个主墩范围内把施工方法从悬臂挂篮浇注变更为满堂支架现浇，由于施工方法的不同，连续梁上部结构在恒载作用下，结构的受力及变形均不同，因需要在支架上张拉部分节段的预应力及中跨合龙预应力，支架立柱的反力与常规计算的结果不同，需要对部分立柱进行加强。通过本文的分析，希望在工程实践中引起对不同施工方法下的结构内力、变形、及施工临时结构受力变化的重视。

［1］中华人民共和国铁道部．TB 10002.1—2005 铁路桥涵基本设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2005．

［2］中华人民共和国铁道部．TB 10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2005．

［3］中华人民共和国建设部．JGJ 164—2008 建筑施工木脚手架安全技术规范［S］．北京：中国建筑出版社，2005．

［4］铁道部经济规划研究院．TZ 324—2010 铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南［S］．北京：中国铁道出版社，2010．

U455．46

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．01

1003-1995(2013)05-0001-04

2012-11-20;

2013-02-20

宋福(1966— )，男，山西广灵县人，高级工程师。

(责任审编 王 红)