李霖
重庆交通大学 重庆市 400074
摘要：文章以某特大桥为工程背景，采用有限元软件MIDAS/Civil，建立了五跨连续刚构桥的有限元模型，分析了三种合龙顺序对合龙阶段和成桥的内力及位移影响。依据有限元计算结果，合龙顺序对成桥内力及位移有一定影响，但差异不大。综合考虑该桥选择先边跨，然后次中跨，最后中跨的合龙施工顺序，通过对比分析理论应力和实测应力，保证结构的安全性，证明该方法的科学可行。
关键词：多跨连续刚构桥、合龙顺序、有限元分析
1.绪论
随着我国公路交通的快速发展，预应力混凝土连续刚构桥逐渐向高墩多跨方向发展。合龙阶段是桥梁施工的关键阶段，合龙阶段施工工艺复杂、结构状态变化急剧，直接影响桥梁建成后的受力性能和形状。在众多影响因素中，合龙顺序的影响较大，可操控性强。本文将以某特大桥为例，在合龙温度、收缩徐变及地基沉降等其他条件相同的情况下，通过分析研究三种合龙顺序合龙阶段的内力变化和成桥的内力及位移选择出最佳的合龙顺序。
2. 工程概况
本桥跨径组成为80m+3×150m+80m，纵坡为2％，主梁截面设计采用单箱单室，顶板宽12m，底板宽6.5m，顶板悬臂部分长度2.75m；箱梁梁高9.3m，跨中梁高3.3m，梁底变化曲线为1.7次抛物线。主桥桥墩设计采用双薄壁空心墩，双肢间距为5m，单肢截面尺寸3.5×8.5m，最大的墩高为118m；大桥采用挂篮悬臂施工，分为左右两幅。
合龙方案的拟定应本着“技术可行、结构安全、操作方便”的原则进行，为突出合龙顺序的优化，根据桥梁的构造、设计、施工、主梁及桥墩的内力和位移，提出以下三种合龙方案：
方案一：合龙按边跨→次中跨→中跨顺序进行。
方案二：合龙按次中跨→中跨→边跨顺序进行。
方案三：合龙按中跨→次中跨→边跨顺序进行。
3. 合龙方案分析
3.1合龙阶段弯矩比较
由于连续刚构桥体系特殊，合龙顺序的不同导致体系转换过程中结构状态变化的不同，直接影响桥梁受力。本文采用分析对比的方式，建立了3个有限元模型，分别计算3种不同合龙顺序下桥梁的弯矩变化。
方案一弯矩变化差值最大为65577.2kN·m，其主梁最大正弯矩变化幅度为43.7%，最大负弯矩变化幅度为56.8%。方案二弯矩变化差值最大为62725.8kN·m，其主梁最大正弯矩变化幅度为43.8%，最大负弯矩变化幅度为56.5%。方案三弯矩变化差值最大为62948.8kN·m，其主梁最大正弯矩变化幅度为42.7%，最大负弯矩变化幅度为56.7%。
整体比较后，在边跨合龙时弯矩变化较小，在中跨或次中跨合龙后弯矩变化较大，更接近成桥状态，3种合龙方案的最大正弯矩和负弯矩的差别很小，均低于2%。对比分析后，方案三合龙方式要略微优于其余两种方案，但是差别不是特别明显。
3.2成桥阶段内力及位移比较
在加上恒定的二期恒载后，主梁内力和位移会比合龙阶段有所增加，并且终值会略有不同。在成桥阶段中，方案一的最大正弯矩为84133.9kN·m，最大负弯矩为 29094.3 kN·m；方案二的最大正弯矩为88802.1kN·m，最大负弯矩为27979.2kN·m；方案三的最大正弯矩为80699.2kN·m，最大负弯矩为29017.3kN·m。整体比较后，除开节点24、184处弯矩差值比较大外，其余位置差值不是特别大；3种合龙方案的位移差值最大仅为4.6mm，差别很小。对比分析后，除方案一的弯矩稍微偏大，方案二和方案三相差不是特别明显。
3.3收缩徐变后内力及位移比较
成桥30年后，由于混凝土收缩徐变及预应力损失等因素，主梁内力和位移较成桥时有较大差距，需要通过数据分析确定不同合龙方案对30年收缩徐变后主梁内力和位移的影响。在30年收缩徐变后，方案一的最大正弯矩为42675.6kN·m，最大负弯矩为17443.3kN·m；方案二的最大正弯矩为46017.8kN·m，最大负弯矩为17109.2kN·m；方案三的最大正弯矩为40334.1kN·m，最大负弯矩为17844.7kN·m。整体比较后，除开节点24、184处弯矩差值比较大外，其余位置差值不是特别大；3种合龙方案的位移差值最大仅为4.1mm，差别很小。对比分析后，方案三合龙方式要略微优于其余两种方案，但是差别不是特别明显。
3.4实际合龙受力分析
在桥梁施工中，合龙段的施工是主桥贯通的最后一个工序，其中合龙顺序的确定又是最重要的环节，不同的合龙顺序会合龙阶段的内力不同，成桥后的内力和位移也不一样。综合比较三种合龙方案，方案一成桥后的部分位置的正弯矩略大于方案二和方案三，其余位置的差距很小，经MIDAS/Civil Designe计算，三种合龙方式结构的受力特性均满足设计荷载等级要求。考虑到桥梁实际施工进度、施工预算和结构次内力的控制等因素，决定采用方案一，即按边跨→次中跨→中跨顺序进行合龙。在施工过程中，在相应位置安装钢弦式钢筋应力计，得到合龙过程中应力数据，其结果显示主梁实际受力状态与设计受力状态有较小的差值，但不影响整个结构的受力安全，P20和P21主墩全截面受压，受力状态正常。
4.结语
通过分别对3种合龙方案进行合龙段和成桥段主梁弯矩与位移的相比以及实际施工过程中合龙过程中应力数据分析，可以得出以下结论。
（1）对比3种合龙方案，不论在合龙段还是成桥段，不同合龙顺序对主梁的弯矩影响稍有差异，除方案一的P20、P23墩的弯矩较大外，其余位置的弯矩差别不大。
（2）对比3种合龙方案，主梁的位移差值均在5mm以内，所以主梁的位移不是影响合龙顺序的决定性因素。
（3）在利用有限元建模分析了3种合龙方案对合龙段及成桥的内力及位移影响后，本着“技术可行、结构安全、操作方便”的原则，决定采用方案一，即按边跨→次中跨→中跨顺序进行合龙。在施工过程中，对桥梁应力进行分析，最后得到整个结构的受力安全的结论，证明该方法科学可行，可供其他工程参考。
参考文献：
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[2]潘国兵,刘毅.多跨连续刚构桥主梁合龙方案研究及对应顶推力计算[J].公路交通科技,2012,29(7).
[3] 姚国文.多跨连续刚构桥水平顶推力与合龙顺序优化[J].公路与汽运,2008(1).
作者简介：李霖（1997-），男，汉族，重庆云阳人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁工程设计以及桥梁施工监控