连续刚构桥顶推力实用计算方法探讨

侯照保　于洋

摘要：合理确定中跨合龙时的水平顶推力是控制连续刚构桥施工质量的关键因素。顶推力计算值主要有两部分组成：1、克服成桥初期到成桥后期收缩徐变效应所需的理论计算值；2、克服实际合龙温度与设计合拢温度的温差效应所需的理论计算值。本文以赶水大桥为工程背景，这里实际合龙温度与设计合龙温度基本一致，所以就不再考虑温差效应了，主要介绍连续刚构桥克服成桥后期收缩徐变效应的顶推力实用计算方法。

关键词：连续刚构桥；合拢；顶推力；桥墩

0 引言

随着我国交通事业的迅速发展，我国桥梁事业得到了迅猛发展，连续刚构体系桥梁因跨越能力大、 能很好地适应高山地区地形的特点，越来越受桥梁设计者的青睐。连续刚构桥是一种兼具连续桥梁和T型钢构桥优势的桥梁，不论是从它的建造过程还是行车平稳性甚至是跨径上都远远超越了傳统的桥梁设计。基于连续刚构桥的种种优势，连续刚构桥已经逐渐成为近年使用最多的梁式桥。悬臂浇筑是近年来常用的桥梁施工方法，尤其在桥梁合龙时，它是桥梁体系进行转换的必由之路。由于其混凝土从浇筑到预应力的施加，实现真正的“合龙”期间，昼夜温差的影响、新浇混凝土的早期收缩、收缩徐变等因素，都会在结构中产生变形、引起内力，所以必须采取合理的措施，确保桥梁顺利合龙。

1 工程概况

赶水大桥为S204线万盛至綦江梨园坝段二级公路改建工程中的控制性工程，位于重庆市綦江区赶水镇，跨越綦河。赶水大桥为预应力混凝土连续刚构桥，其跨径布设为68+120+68米。桥墩采用双肋式柔性薄壁墩，两肋间净距4米，墩身横桥向宽度与主桥梁箱底板同宽，1#墩、2#墩墩身高分别为35.5m、37m。箱梁跨中梁高2.8米（箱中心），墩顶根部梁高7.5米，箱高以1.75次抛物线变化。箱梁顶宽21.5m，底宽11.5m，箱梁两侧悬臂板长度均为5m。 箱梁底板厚从箱梁根部截面的90cm厚渐变至跨中及边跨支点截面的35cm厚，按2.0次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用60、70厘米两个级别变化，主梁零号块腹板厚度为100cm。桥梁箱梁共11道横隔板，分别在两主墩墩顶各设两道横隔板，边跨梁端各设一道横隔板，1/4跨位置各设置一道。此外，在桥梁中跨合拢段（跨中）设置一道50cm厚横隔板。箱梁悬臂浇筑梁段长度共划分为3.0 米和4.0米两种。全桥合计共有3个合拢段，即1个中跨合拢段两个边跨合拢段，合拢段长度均为2米，每个边跨现浇段长2.84米。桥梁箱梁设置三向预应力，即箱梁纵向预应力、箱梁顶、底板横向预应力以及箱梁竖向预应力。

2、水平顶推力实用计算方法

2.1 水平顶推力的估算

（1）、不考虑主梁对墩顶转角约束

（2）、考虑主梁对墩顶转角约束

2.2 有限元模型的建立及其结果对比

2.2.1 模型的建立

本结构采用MIDAS-CIVIL有限元程序按照设计和施工顺序建立有限元计算模型，全桥模型共划分119个单元，122个节点，其中主梁划分为79个单元，80个节点，按照施工过程划分为59个计算阶段即整个工程分为59个施工阶段，边界条件模拟，主梁与墩顶弹性连接，2个主墩墩底固结，桥台上支座模拟成活动铰支座。

2.2.2 将估算结果代入模型进行对比分析

由于结构对称，仅选其中一个主墩进行分析，另一个基本一致，需多次试算，不同顶推力下对顶推阶段，成桥初期，成桥远期这三个阶段进行具体分析，综合所得结果，只有当顶推力为200t时，主墩受力及墩顶位移比较合理。

2.2.3 小结

该种实用计算方法需要根据顶推力估算结果进行多次试算，最终确定顶推力为200t。如果计算结果不合理：主墩受力过大，尤其是不允许主墩根部拉应力过大；顶推阶段墩顶水平位移过大。需在模型中继续代入不同的顶推力，进行结果分析，直至受力及位移合理为止。

3、顶推施工的作业要点及实际顶推效果

3.1 作业要点

实际施工过程中，千斤顶的安放位置还应根据悬臂的实际受力情况来确定，考虑到其对于悬梁臂的内力的作用，还是如图1放置比较合理。为了尽量减小各种数据的观测误差，所以在进行反顶操作时需要注意以下几点：（1）千斤顶在进行实际操作之前需要先送到权威校定单位进行各项指标的校正，同时还要提前多校定一台千斤顶作为备用。（2）在实际的反顶操作中，一般要求两台千斤顶对称操作，同时还要求两台千斤顶的加速速度一致。再次，在进行反顶操作之前，注意清理干净周围的杂物，减少支座的摩擦损失。（3）密切关注墩身位移、反顶力、危险位置应力这三组数据变化，若是其中任何一个数据达到预定的极限都要及时停止反顶操作。

3.2 实际顶推效果

顶推过程中，墩顶水平位移的实测值为1.2cm比理论计算值1.7cm要小，是理论计算值的65%左右。顶推有两种控制方法，以顶开力控制和以顶开量控制。理论上讲两种控制方法应该是一致的，也就是说顶开力与顶开量是一一对应的，但实际上实际结构与理想结构的差异边跨支座摩阻等因素的影响，使顶开力与顶开量并非完全对应，存在一定的偏差。从补偿合拢温度影响的角度考虑，以顶开量控制为宜，但从改善桥墩受力及后期收缩徐变影响的角度考虑以顶开力控制为宜，在该工程中，实际合拢温度与设计合拢温度一致，这里是以顶开力200t控制的。虽然顶开量没有达到理论计算值，但顶推力控制到位，所以整个顶推过程符合要求。

4 结论

（1）顶推力实用计算方法的思路是：首先，根据抗推刚度等参数估算顶推力大小，其次，根据估算得到的顶推力，选用不同的顶推力值代入计算模型，多次试算，对所得结果进行分析，最终确定一个合理的顶推力。

（2）最终确定顶推力为200t。如果计算结果不合理：主墩受力过大，尤其是主墩根部拉应力过大；顶推阶段墩顶水平位移过大。需在模型中继续代入不同的顶推力，进行结果分析，直至受力及位移合理为止。

（3）顶推力的确定考虑5年收缩徐变为宜。实际顶推结果与理论计算结果基本一致说明上述方法，是确定顶推力大小的一个合理的计算方法。

参考文献：

[1] 李建刚 . 预应力混凝土连续刚构桥合拢问题的相关研究[D].西南交通大学硕士学位论文.2013（05）.

[2] JTG D62- 2004 . 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [ S ].

[3] 项海帆. 高等桥梁结构理论 [M ]. 北京： 人民交通出版社， 2001 .