张涛
中铁五局集团第四工程有限责任公司 广东 韶关 512000
摘要：采用悬臂法施工预应力混凝土连续梁时，其合龙方案的不同将对施工构成直接影响，尤其是在合龙配重、线性变形方面的影响尤为明显。为探索连续梁合龙方案不同对施工所构成的影响，本文以银西高铁咸阳渭河特大桥60+100+60m连续梁合龙方案为例，采用有限元软件对连续梁的合龙顺序进行了研究探讨。
关键词：有限元软件 连续梁合龙 研究探讨
引言
连续梁作为跨越道路、河流等障碍物的主要桥梁形式，其修筑大多以悬臂施工为主。连续性合龙段施工之前，两个悬臂端的相对位置由于受到日照、冷空气等外界因素及自重、混凝土收缩徐变、预应力等内部因素的影响，会产生相对高差，而连续梁合龙前悬臂较长，微小的影响都将在悬臂端放大，对施工高程的控制影响较大。
连续梁合龙是桥梁主体结构基本建设完成的标志，同时也是整个桥梁建设的关键环节，而连续梁配重更是贯穿于合龙施工的始终，为关键步骤之一[1]。悬臂法施工的连续梁均采用挂篮施工，合龙方案的不同将致使梁体留置挂篮数量不等，导致合龙段的外加配重不一致。
因此，预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中，合龙方案的确定尤为重要。首先，合龙方案决定了现场施工组织，施工配套资源均围绕着合龙方案为中心运行；其次，合龙方案的选择对合龙过程中的结构受力及线性控制等均会产生显著的影响；最后，合龙方案直接关系到现场施工操作的难易程度，对施工进度、工期、成本均有影响。
1.工程背景
本文以银西高铁咸阳渭河特大桥60+100+60m预应力混凝土连续梁桥为分析案例。主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，计算跨度为（60+100+60）m，边支座中心线至梁端0.75m，一联全长221.5m。主墩墩顶4.0m范围内梁高相等，中支点截面中心处梁高7.29m；中跨跨中2m直线段，边跨15.75m直线段，跨中及边跨现浇段梁高4.69m。梁体采用单箱单室、变高度、直腹板箱形截面，梁底曲线为二次抛物线。箱梁顶宽12.2m，箱梁底宽6.4m，单侧悬臂长2.9m，悬臂端部厚25cm，悬臂根部厚65cm。梁体悬臂段为0#~13#块，边跨合龙段14#块和中跨合龙段14’#块长度各为2m，两侧直线现浇段长15.75m。
2.有限元模型
主梁结构部分计算参数如下：
梁体混凝土强度等级为C50，自重26kN/m3。施工挂篮、机具及人群等按700kN计算。梁体纵向及横向预应力采用高强度低松弛钢绞线，公称直径为15.2mm，弹性模量为195GPa，抗拉强度标准值为1860MPa。锚口及喇叭口损失按锚外控制应力的6%计算，管道摩阻系数取0.23，管道偏差系数取0.0025。连续梁支座采用球型橡胶支座，其中两个边墩（1#墩、4#墩）为滑动支座，中墩（2#墩）为固定支座，中墩（3#墩）为滑动支座。
根据设计图对全桥总体结构建立能反映施工荷载的有限元模型，对影响现场施工的合龙配重、预拱度设置、梁体边缘应力进行分析，连续梁总体计算模型如下图所示：
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3.合龙方案
本文针对（60+100+60）m预应力混凝土连续梁，分析两种不同合龙方案对其施工控制的影响。
合龙方案1（先边跨后中跨）：13#块张拉后——边跨现浇段施工——在支架上边跨合龙——张拉边跨预应力——拆除支架——在吊架上中跨合龙——张拉中跨预应力——拆除吊架——二期恒载上桥[2]。
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图1 边跨合龙后中跨合龙前计算模型
合龙方案2（先中跨后边跨）：13#块张拉后——在吊架上中跨合龙——张拉中跨预应力——拆除吊架——边跨现浇段施工——在支架上边跨合龙——张拉边跨预应力——拆除支架——二期恒载上桥。
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图2 中跨合龙后边跨合龙前计算模型
4.合龙方案对施工的影响分析
（1）合龙配重分析
设置合龙段配重为等量替换合龙混凝土的重量，其作用为保证两侧悬臂梁体的稳定，调整合龙段两侧梁体标高，调整后期成桥混凝土徐变。
合龙配重对悬臂梁的扰度影响较大，因此，其施加在悬臂端的效果较好，在横向为了防止梁体发生不平衡倾斜和扭转，配重沿横桥下均匀布置[3]。同时，为了保证T构平衡且减少梁体附加应力，T构的边跨和中跨应同时施加配重。配重加载图示如下：
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通过计算可知，合龙方案一的边跨配重较合龙方案二的边跨配重多350KN，跨中配重一致。合龙方案一中的跨中配重在全桥合拢后卸重，合龙方案二中的跨中配重在中跨合拢后即卸重。相比较合龙方案二在合龙配重设置方面具有节省材料的的优点。
（2）线性变形分析
通过有限元软件对60+100+60m梁的两种合龙方案进行等效计算，合龙方案一的计算模型及计算结果如下：
合龙方案一计算模型
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合龙方案一的最大位移为27.738mm，位于边跨合龙段悬臂处；因配重影响最大上拱值为4.1mm，位于中跨的跨中处。
通过对合龙方案一及合龙方案二的变形曲线进行对比分析，合龙方案一较合龙方案二的变形较小，对已成型桥段的线性影响较小。
（3）梁体应力分析
合龙方案改变了合龙所在跨的静定性质及浇筑梁段的收缩徐变进程，随着超静定次数和收缩的变化，桥梁将产生与施工关联较大的次内力及内力重分布，继而影响成桥结构的变形和内力状态[4]。在施工过程中，桥梁的边缘应力过大将导致混凝土开裂的病害情况出现，给现场施工增加难度。因此利用有限元软件分别对两种合龙方案梁体下缘应力进行分析。
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通过分析对比可知，合龙方案一较合龙方案二的最大应力略大，连续梁合龙后，梁体产生裂纹的可能性较大，施工质量隐患增加。
5.结论
（1）合龙阶段是预应力混凝土连续梁桥施工的最关键阶段，此阶段形成了桥梁的初始状态[5]，通过计算表明，不同的合龙方案对结构的应力和线性有不同结果，直接关系到梁体的质量控制和预拱度设置。为使桥梁安全施工和健康运营，需对合龙方案综合分析，慎重选择。
（2）结合现场安全及结构受力合理考虑，合龙配重方式为T构平衡配重。合龙方案二较方案一在合龙施工配重方面存在优势，其优点为配重材料少、占用时间短、卸重时间平缓，可降低现场设备配置要求。
（3）在线性控制方面，合龙方案一较合龙方案二的变形较小，合龙施工时，对已成型桥段的线性影响较小，整体线性控制相对容易。
（4）在梁体应力方面，两种合龙方案所产生的的最大应力均小于C50混凝土的轴心抗压强度设计值。但合龙方案一的最大下缘应力较合龙方案二高36%，梁体混凝土出现裂缝的概率增加，施工质量隐患增大。
参考文献：
[1] 崔艳超.合龙施工对大跨度预应力混凝土连续梁桥力学性能的影响[D].石家庄.石家庄铁道大学土木工程学院，2013。
[2] 庞建利、彭晓菊.大跨度预应力混凝土连续梁合拢顺序对施工控制的影响[J].城市道桥与防洪，2018.
[3] 包仪军，丁明波，朱龙.合龙方案对多跨连续梁桥施工监控的影响分析[J].铁道标准设计,2016.
[4] 徐善中.连续梁(刚构)桥悬臂施工合龙方案优化探讨[J].中国西部科技.2013.
[5] 孙全胜,张训朋.多跨长联连续梁桥合龙方案分析[J].低温建筑技术.2018.
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