连续梁桥夏季高温合龙施工顺序分析与优化

周宽

【摘要】对连续梁桥而言，通常的合龙顺序为先焊接劲性骨架浇筑混凝土，再解除临时固结，完成体系转换。夏季高温施工环境下，该施工顺序下的梁体受气温变化影响较大，在焊接劲性骨架后容易引起较大的温度次应力，严重地，会导致劲性骨架拉脱，特别是在时常出现高温暴雨的南方地区，此种现象尤为常见。因此，在常规施工顺序的基础上适当优化，能有效改善结构受力，保证施工质量。

【关键词】劲性骨架；高温合龙；施工顺序优化

前言：预应力混凝土连续梁桥在悬臂现浇法施工过程中，由于受太阳辐射、夜间降温、寒流、风、雨、雪等各种气象因素的影响，悬臂箱梁处于不断变化的温度环境之中。[1]由混凝土的热物理性质可知，一般混凝土的热膨胀系数为8～12×E-6/℃，虽然数值较小，但对于大跨度预应力混凝土连续梁桥，由于悬臂长，受外界环境温度变化的影响不可忽略，特别是在高温多雨的夏季、温度变化剧烈时尤为明显。具体表现为主梁梁体长度的伸缩和悬臂端位移的变化。基于工程实际，本文对该极端情况的原因和处理进行分析。

1、工程背景

西南地区某在建高速公路三跨连续梁桥全长562.2m，主桥为95+176+95m的预应力混凝土连续箱梁，箱梁顶板宽13.0m，底板宽7.6m，两翼板悬臂长2.70m。跨中及边跨现浇段梁高均为3.75m，箱梁高度（以腹板外缘为准）由11.5米以1.6次抛物线渐变至3.75米。

年温度变化是一种长期缓慢的作用，所以在考虑温度变化对结构物的影响时，均以结构物的平均温度为依据。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—89）第2.3.12条规定，混凝土结构一般按当地月平均最高和最低气温为年温度的变化幅度。[3]

大桥合龙段劲性骨架在23#梁节段腹板折角处预埋N7钢板及N8钢筋，上下左右各四处预埋件，两根40槽钢组成一根水平杆联接悬臂两端，每根水平杆上下各加3片缀板，上下两根水平杆之间设置两条斜杆，斜杆由两根20槽钢和6片缀板组成，骨架采用Q345B号槽钢，钢与钢之间的焊接采用坡口合倒角焊，焊缝质量等级为Ⅱ级。

2、施工顺序及分析方法

经调查，该地区夏季日均最高气温为33℃，日均最低气温为25℃，最大温差为8℃，考虑该地区夏季高温多雨的气候特点，可能出现高温骤雨的极端情况，故取最大温差为10℃代入有限元计算模型计算。采用有限元计算软件Midas Civil2010进行建模分析计算，全桥划分为104个梁单元，定义温度单元荷载Δt=-10℃，于中跨合龙的工况下激活施加，合龙段张拉后钝化移除，模型通过调整模型边界条件的激活时间，分别定义两种不同的合龙施工顺序，最后由计算机分别计算以下两种不同施工顺序下劲性骨架轴力：

工序①：先锁定劲性骨架再解除临时固结

通过焊接锁定劲性骨架后，合龙段两端主梁结合成整体，联合受力，墩梁临时固结尚未解除，此时全桥可视为连续刚构桥。

工序②：先解除临时固结再锁定劲性骨架

解除墩顶临时固结，梁体纵向位移不被约束，此时结构为两个独立的静定结构，之后再进行劲性骨架锁定，把两个结构在受力和形式上统一起来。

3、结果对比及分析

表3-1 不同合龙顺序劲性骨架轴力表

合龙施工顺序 温差（℃） 劲性骨架轴力（kN） 中跨悬臂端纵向位移（mm）

先锁定后解除固结 -10 27379.2 8

先解除固结后锁定 -10 342.2 0.99

注：劲性骨架轴力正号为拉力，负号为压力；位移正号为延梁体伸长方向。

通过有限元模型计算，在不同施工顺序下劲性骨架所受轴力以及中跨悬臂端纵向位移有较大不同：

1）当合龙施工顺序为先锁定后解除固结时，降温10℃，劲性骨架轴力高达27379.2kN，中跨悬臂端纵向位移为8mm，这是由于在温度荷载作用下桥梁梁体热胀冷缩产生纵向位移而两个主墩墩梁连接处位移无法释放，从而导致跨中锁定的劲性骨架极度受拉，此时悬臂端预埋件附件混凝土有破坏的风险。

2）当合龙施工顺序为先解除固结后锁定时，降温10℃，劲性骨架轴力仅为342.2 kN，中跨悬臂端纵向位移仅为1mm，因为当墩顶临时固结解除后桥体延纵向可活动，降温所引起的位移能得到释放，温度次应力较小，在此之后再进行劲性骨架焊接，结构受力更加合理。

4、分析结论及施工优化

经过模型计算和理论分析，相较于传统合龙施工顺序——先锁定劲性骨架再解除临时固结[2]，先解除临时固结后锁定劲性骨架的合龙施工顺序在温度变化剧烈的环境下，劲性骨架受力更安全、温度对结构影响更小、施工状态受力更加合理。

当有特殊原因，只能按照先锁定劲性骨架后解除固结的施工顺序进行时，如果天气变化剧烈、降温较大，可以考虑在锁定中跨劲性骨架之后，对合龙段预应力钢束进行预张拉，对劲性骨架施加适当预压力，能在一定程度上减少降温对结构影响，改善劲性骨架受力。

由工程施工图知，合龙段顶板束有4束，每束张拉力为3711kN。预张拉每一束预应力筋对劲性骨架的轴力改善为3711/27379.2=13.5%。

经过优化，连续梁桥夏季高温合龙施工的合理顺序有以下两种：

1）解除临时固结——（合龙段浇筑、张拉）——锁定劲性骨架

2）锁定劲性骨架——预张拉——（合龙段浇筑、张拉）——解除临时固结

为减少温度对结构的影响，工程实践中应尽量避免先锁定劲性骨架再解除臨时固结的施工顺序。

参考文献

[1]周光伟.陈得良.刘榕.大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工控制研究及温度效应分析

[2]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.7

[3]中华人民共和国行业标准.《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—89）.