一种新的连续刚构桥合龙方式探讨

余文科， 张建军， 杨美良

(1.长沙理工大学 土木与建筑学院， 湖南 长沙 410004; 2.中铁十二局集团 第七工程有限公司， 湖南 长沙 410004)

一种新的连续刚构桥合龙方式探讨

余文科1， 张建军2， 杨美良1

(1.长沙理工大学 土木与建筑学院， 湖南 长沙 410004; 2.中铁十二局集团 第七工程有限公司， 湖南 长沙 410004)

三跨连续刚构桥的常规合龙方式有两种：一是先边跨合龙再中跨合龙，二是先中跨合龙再边跨合龙。资兴高速杨家湾大桥研发了一种边跨不设合龙段的新合龙方式，以此为背景，分别建立了新合龙方式与常规先边跨合龙后中跨合龙方式的有限元模型。结果表明，新合龙方式施工和成桥阶段的应力满足设计和规范要求，且成桥线形优于常规合龙方式。资兴高速杨家湾大桥采用新合龙方式节省工期近2个月，节省支架(托架)等直接施工费用近40万元，可为今后类似工程提供施工指导。

连续刚构桥; 新合龙方式; 应力; 线形

0 引言

合龙是连续刚构桥施工监控的关键，特别是在高墩连续刚构桥中，合龙方式的不同对成桥和成桥后的受力性能有较大的影响[1-5]。在传统连续刚构桥边跨直线段合龙方式的基础上，资兴高速杨家湾大桥研发了一种新的合龙方式：先完成中跨的合龙，然后将边跨直线段(含合龙段)分成两节段，利用边跨侧的挂篮继续进行悬臂浇筑施工，并张拉相应的预应力钢束，直至完成两个节段的施工，新的合龙方式只存在中跨合龙段，边跨不设合龙段。现今的文献对此研究较少。本文以杨家湾大桥为背景，对先边跨合龙再中跨合龙的常规合龙方式和新的合龙方式进行研究，为该桥提供合理的施工方案。

1 工程概况

杨家湾大桥是广西省资源(梅溪)至兴安高速公路的一座大桥。主桥为(50+90+50)m预应力混凝土连续刚构桥，其立面示意图如图1所示。该桥的主梁采用三向预应力单箱双室的混凝土箱梁，根部梁高为5.5 m，跨中梁高为2.6 m。主梁梁段分布如图2所示，箱梁0#段长11.5 m(包括墩两侧各向外伸1 m)，每个T构纵向划分为12个对称梁段。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为1×2.25 m，2×2.5 m，3×3 m，3×3.5 m，3×4 m，13#梁段长2 m,边跨现浇直线段14#、15#梁段总长3.92 m。0#、1#采用搭设托架浇筑，2#～12#梁段采用挂篮悬臂浇筑。主桥15#、16#桥墩采用双肢薄壁墩，墩基础采用承台接桩基础。

图1 主桥立面示意图(单位： cm)

图2 梁段分布图(单位： cm)

2 合龙方案

2.1 常规合龙方案

原设计连续刚构合龙方式为先边跨合龙，再中跨合龙，边跨采用落地支架现浇方案，具体步骤如下：

①挂篮浇筑形成2个双悬臂形支撑结构，安装边跨合龙落地支架并加配重,在支架上现浇边跨直线段14#、15#梁段，施工示意图如图3。②安装边跨合龙锁定装置，张拉临时锁定钢束，浇筑边跨合龙段13#梁段，张拉边跨合龙段连续钢束。③拆除边跨合龙挂篮。④安装中跨合龙吊架，安装中跨合龙锁定装置，张拉临时锁定钢束，浇筑中跨合龙段13#梁段，张拉中跨合龙连续钢束。此为常规合龙方案。

图3 常规合龙方案施工示意图

2.2 提出的新合龙方案

在边跨13#梁段增加临时钢束，即在边跨13#梁段浇筑养生后，在箱梁顶板4-4截面和7-7截面之间两端张拉4TL13临时钢束，边跨施工完毕后予以拆除，其余钢束不变。合龙方式变更为先完成中跨的合龙，然后将边跨直线段(含合龙段)分成两节段，利用边跨侧的挂篮继续进行悬臂浇筑施工，并张拉相应的预应力钢束，直至完成两个节段的施工，此为提出的新合龙方案。具体施工过程如下。

2.2.1 13#梁段施工

边跨13#梁段长2 m，采用挂篮悬臂施工，施工方式与2#～12#梁段相同，施工时两边跨的13#梁段混凝土浇筑应对称进行，边浇筑边取消边跨配重。混凝土养生，张拉13#梁段临时钢束，如图4。

图4 边跨13#梁段施工

2.2.2 14#、15#梁段施工

边跨14#、15#梁段合计长3.92 m(其中在边墩盖梁上1.32 m，悬挑部分2.6 m)。施工步骤如下：

1) 挂篮后移。

将挂篮主桁架、挂篮底模整体后移，保证挂篮底模前吊点距离已浇筑13#梁段的前缘50 cm，如图5。

图5 挂篮后移，锚固挂篮底模(单位： cm)

在13#梁段箱室的底板设6个预留孔，穿Φ32精轧螺纹钢吊带，将挂篮底模前下横梁锚固在13#梁段底板上，拆除前上横梁与前下横梁之间的吊带，使挂篮主桁架与底模脱离，调节降低挂篮底模，使其脱离13#梁段底板的高度为50 cm。如图6。

图6 挂篮底模锚固横断面(单位： cm)

2) 安装14#、15#梁段底模。

纵向铺设双拼25工字钢分配梁，纵梁一端搭在挂篮底模的前横梁上并点焊固定，另一端搭在过渡墩盖梁上，为了方便拆模，先在盖梁上铺一层细砂，将细砂压紧后上铺一块薄钢板，拆模时将细砂掏出。在纵梁上铺6 mm厚钢板或竹胶板作为14#、15#块底模，调节挂篮底模前、后下横梁吊带将挂篮底模压紧，使14#、15#现浇段底模的上表面与已浇筑的13#梁段底板密贴。如图7。

图7 安装14#、15#梁段底模

3) 模板堆载预压。

4) 挂篮前移，施工14#、15#梁段。

挂篮前移到13#梁段如图8，安装外侧模。两个边跨的14#、15#梁段混凝土浇筑应对称进行，同步在中跨侧配重，混凝土养生，张拉相应钢束。

图8 挂篮前移，安装侧模，浇筑14#、15#梁段

5) 收尾。

拆除边跨挂篮及合龙吊架，拆除中跨配重。拆除边跨13#梁段临时钢束，对管道进行压浆处理。拆除中跨挂篮及合龙吊架。

新的合龙方案其实就是高墩连续刚构桥边跨直线段挂篮配合盖梁支架整体施工方式[6]，该方案具有以下特点： ①取消了边跨合龙段，优化了施工，加快了施工进度； ②充分利用挂篮，节约了支(托)架、合龙段临时锁定等结构的资金，为项目节约成本； ③操作较为方便，适用性强，降低了高墩施工的危险性。

3 有限元模型建立与对比分析

根据2种合龙方案具体的施工过程，应用Midas有限元软件，分别建立模型并进行分析。有限元模型如图9所示。2个模型仅预应力钢束和施工阶段参数不同，其余参数相同。全桥模型共159个单元，168个节点，其中主梁为1～78单元；均采用空间杆系单元，模型整体坐标系：X轴、Y轴、Z轴分别表示顺桥向、横桥向、竖向；主梁每一个梁段作为一个施工阶段，一个施工阶段用时10 d，混凝土单元初次加载龄期为7 d，施工过程包括挂篮就位、挂篮立模、浇筑混凝土、预应力钢束张拉4步。主要考虑荷载包括：自重，挂篮荷载，混凝土湿重，施工荷载，预应力荷载，二期恒载。边界条件为：墩底固结，15#、16#桥墩为墩梁固结，14#、17#桥墩为墩梁铰接。

图9 有限元模型

3.1 主梁应力对比

3.1.1 关键施工阶段主梁应力

边跨13#梁、14#和15#梁段施工完成2个工况下主梁上、下缘应力如图10和图11所示。

图10 边跨13#梁段施工完成主梁上下缘应力图

图11 14#和15#梁段施工完成主梁上下缘应力图

由图10、图11可知，按照新的合龙方案，边跨13#梁段施工完成后，主梁上缘压应力在主跨根部达到最大值，为14.6 MPa，主梁上缘没有出现拉应力；主梁下缘压应力在主跨跨中达到最大值，为7.5 MPa，主梁下缘拉应力仅出现在边跨13#梁段，最大为0.3 MPa。14#和15#梁段施工完成后，主梁上缘压应力在主跨根部达到最大值，为13.2 MPa，主梁上缘没有出现拉应力；主梁下缘压应力在主跨跨中达到最大值，为5.6 MPa，主梁下缘没有出现拉应力。满足规范[7]要求。

3.1.2 施加二期恒载后主梁应力对比

施加二期恒载后，主梁上、下缘应力分别如图12和图13所示。

图12 施加二期恒载后主梁上缘应力

图13 施加二期恒载后主梁下缘应力

从图12和图13可知，施加二期恒载后，2种合龙方案的上缘应力值吻合较好;新的合龙方案对边跨下缘应力有影响，比常规合龙方案要大，最大处相差1 MPa,其它梁段影响不明显。

3.2 墩底应力对比

在中跨合龙时，随着合龙段处预应力筋的张拉，结构会受到水平力作用，在桥墩处产生弯矩。因为桥墩高度不同，水平力引起的墩底应力势必不同，由于边跨墩梁铰接，合龙张拉水平力不会影响边跨桥墩墩底应力。15#～16#墩底截面应力值如表1所示。

表1 墩底截面应力值 MPa

由表1可知：施加二期恒载后，新的合龙方案对墩底截面应力影响与常规合龙方案相差很小。

3.3 主梁线形对比

施加二期恒载后，新的合龙方案和常规合龙方案的主梁竖向位移如图14所示。

图14 施加二期恒载后主梁竖向位移

由图14可知: 新的合龙方案只对连续刚构桥边跨竖向位移影响较大，尤其在边跨12#梁段与13#梁段交界相差最大，比常规合龙方案小11 mm，主跨竖向位移值吻合较好。新的合龙方案边跨竖向位移过渡缓和，有利于预拱度设置。

3.4 墩顶水平位移对比

新的合龙方案由于涉及到临时钢束，因而预应力对墩顶水平位移的影响与常规合龙方案不同，由于边跨墩梁铰接，故不予考虑。仅考虑中跨墩梁固结处，15#～16#墩顶水平位移值如表2所示。

表2 墩顶水平位移值 mm

由表2可知，施加二期恒载后，新的合龙方案的墩顶水平位移绝对值比常规合龙方案要大。

4 结论

通过理论分析和现场施工监控表明，新合龙方式施工和成桥阶段的应力满足设计和规范要求，且成桥线形优于常规合龙方式。资兴高速杨家湾大桥采用新合龙方式，确保了杨家湾大桥的顺利合龙，节省工期近2个月，节省支架(托架)等直接施工费用近40万元，可为今后类似工程提供施工指导。

[1] 邵旭东.桥梁工程(第4版)[M].北京:人民交通出版社,2016.

[2] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3] 周鑫.张雪松,向中富.悬臂施工连续梁桥合龙顺序的讨论[J].公路交通技术，2006(4)：96-98.

[4] 杨庆国，唐瑞.非常规合龙顺序对连续刚构桥影响分析[J]，公路工程，2015,40(1)：134-136.

[5] 田菊.多跨连续刚构桥的合龙分析[D].重庆：重庆交通大学,2012.

[6] 朱英磊,穆建廷.挂篮悬臂浇筑连续刚构桥边跨直线段施工方法研究[J].国防交通工程与技术，2015(1)：27-30.

[7] JDGD62-2012，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

2016-10-25

余文科(1991-)，男，硕士研究生，从事桥梁与结构工程的研究。

1008-844X(2017)02-0135-05

U 448.23

A