侯 杰

（貴州大通路橋工程建設(shè)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

掛籃懸澆從連續(xù)橋橋墩0#塊對(duì)稱推進(jìn)，可最大限度確保下部?jī)艨胀ㄐ校谄胀ㄟB續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋施工中廣泛應(yīng)用。其中節(jié)段合攏施工是掛籃懸澆施工重難點(diǎn)，其施工工藝復(fù)雜，施工精度要求高，控制難度大，非常考驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量技術(shù)能力[1-3]。為提高橋梁合攏段掛籃懸澆技術(shù)水平，該文以實(shí)體工程為依托，展開(kāi)合攏段力學(xué)性能分析，可為后續(xù)施工提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

某橋梁設(shè)計(jì)跨徑862.7 m，主橋?yàn)樗目珙A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，跨徑組合為（50+80+80+50）m。箱梁設(shè)計(jì)采用縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束形成三向預(yù)應(yīng)力體系，剛腹板、懸臂頂板、節(jié)段合攏板鋼絞線規(guī)格分別為15Φs15.2鋼絞線、12φs15.2鋼絞線、9Φs15.2鋼絞線，縱向預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力為1 339.2 MPa。

2 合攏段施工方案

橋梁主橋跨徑為80 m，懸臂段長(zhǎng)39 m，中跨合攏段施工流程如下：

（1）依次澆筑樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、橋墩、支撐架、主墩墩頂0#塊；施作墩頂臨時(shí)固定，0#塊縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力張拉，按批次進(jìn)行孔道灌漿作業(yè)[4-5]。

（2）按掛籃安裝規(guī)程完成0#塊掛籃安裝，開(kāi)展預(yù)壓作業(yè)，消除非彈性變形，安裝模板，進(jìn)行1#、1’#、1”#塊懸臂澆筑施工；混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，開(kāi)展預(yù)應(yīng)力張拉施工，按批次開(kāi)展孔道灌漿作業(yè)。

（3）前移掛籃，安裝下一施工節(jié)段模板，開(kāi)展2#、2’#、2”#塊懸臂澆筑施工，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，開(kāi)展預(yù)應(yīng)力張拉施工，并分批次進(jìn)行孔道灌漿作業(yè)。

（4）按上述作業(yè)流程，依次對(duì)稱施作3#～9#塊、3’#～9’#塊和3”#～9”#塊懸臂現(xiàn)澆、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力施工、孔道灌漿作業(yè)，9#塊、9’#塊、9”#塊懸臂澆筑施工時(shí)，同時(shí)完成邊跨的現(xiàn)澆段澆筑施工。

（5）節(jié)段合攏施工前，將掛籃體系轉(zhuǎn)換為合攏吊架，澆筑邊跨合攏段混凝土，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，開(kāi)展剩余預(yù)應(yīng)力張拉施工，并分批次開(kāi)展孔道灌漿作業(yè)。

（6）拆除邊跨、8#、10#主墩支架及臨時(shí)固定，第10孔合攏段施工前，將其掛籃轉(zhuǎn)換為施工吊架，進(jìn)行第10孔合攏段澆筑施工，混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%時(shí)，依次開(kāi)展縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力施工。

（7）拆除第10孔施工吊架、9#墩臨時(shí)固定，第9孔施工前，將其施工掛籃轉(zhuǎn)換為合攏吊架，進(jìn)行第9孔合攏段混凝土澆筑作業(yè)，養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%時(shí)，開(kāi)展預(yù)應(yīng)力施工及孔道灌漿作業(yè)[6-7]。

（8）鋪裝橋面，成橋驗(yàn)收。

3 數(shù)值模擬計(jì)算

3.1 理論計(jì)算模型的建立

運(yùn)用橋梁博士V3.2建立橋梁上部結(jié)構(gòu)有限元模型，模型單元選用梁?jiǎn)卧?，按照各部件?shí)際約束情況、橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載受力情況，設(shè)置各構(gòu)件約束條件、橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載。在滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、性能參數(shù)、荷載分布、約束條件的前提下，適當(dāng)簡(jiǎn)化實(shí)體模型，提高模型計(jì)算收斂效率。所建立橋梁上部結(jié)構(gòu)有限元模型共計(jì)88個(gè)梁?jiǎn)卧?9個(gè)節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

圖1 大橋計(jì)算模型（單位：cm）

3.2 計(jì)算參數(shù)

3.2.1 材料參數(shù)

（1）混凝土：C50混凝土，容重為26 kN/m3。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼束：預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，彈性模量為E=1.95×105MPa，應(yīng)力松弛系數(shù)為2.5%。

（3）波紋管：位置偏差系數(shù)K=0.001 5，摩阻力系數(shù)u=0.17。

（4）錨具下預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力值1 339.2 MPa，單個(gè)預(yù)應(yīng)力錨具回縮值6 mm。

3.2.2 作用效應(yīng)

（1）結(jié)構(gòu)自重：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)定的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、材質(zhì)橋梁上部結(jié)構(gòu)自重，施工階段荷載以50 t標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

（2）二期恒載：橋面系鋪裝、防排水系統(tǒng)、防撞系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，總計(jì)：51.60 kN/m。

（3）活荷載：橋面公路設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，車道為三車道，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，活載取2.85 kN/m2。

（4）橋墩基礎(chǔ)不均勻沉降值：1.0 cm。

（5）結(jié)構(gòu)體系溫度變化：升溫20 ℃，降溫-28 ℃。

3.3 計(jì)算結(jié)果

3.3.1 短期效應(yīng)組合截面總體正應(yīng)力驗(yàn)算

橋梁主梁按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件計(jì)算，在橋梁常規(guī)服役狀態(tài)下，橋梁短期效應(yīng)組合對(duì)應(yīng)主梁截面上下緣應(yīng)力。橋梁主梁下緣為受拉區(qū)，截面上緣為受拉區(qū)，最大拉應(yīng)力為0.909 MPa≤0.7ftk=1.855 MPa，符合現(xiàn)行《橋規(guī)》控制值要求；常規(guī)服役狀態(tài)下，長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)應(yīng)主梁截面上下緣均為負(fù)應(yīng)力，也符合《橋規(guī)》要求。

3.3.2 計(jì)豎向預(yù)應(yīng)力時(shí)短期效應(yīng)組合截面主拉應(yīng)力

在0.6倍的豎向預(yù)應(yīng)力條件下，短期效應(yīng)組合對(duì)應(yīng)斜截面最大抗裂強(qiáng)度，可算得最大主拉應(yīng)力值為1.231 MPa≤0.5ftk=1.325 MPa，符合現(xiàn)行《橋規(guī)》指標(biāo)要求。

3.3.3 主梁截面混凝土最大主壓應(yīng)力驗(yàn)算

橋梁服役狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主梁為受彎構(gòu)件，其最大正截面混凝土法向壓應(yīng)力為11.682 MPa，低于《橋規(guī)》中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土受彎構(gòu)件控制值0.5fck=16.2 MPa，滿足規(guī)范要求；其斜截面最大主壓應(yīng)力值為11.682 MPa，低于《橋規(guī)》指標(biāo)控制值0.6fck=19.4 MPa，滿足規(guī)范要求[8-9]。

3.3.4 持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果

橋梁持久狀況承載力性能為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土受彎構(gòu)件抗彎性能，根據(jù)現(xiàn)行《橋規(guī)》要求校驗(yàn)構(gòu)件抗彎性能，得到構(gòu)件正截面抗彎承載力包絡(luò)圖見(jiàn)圖2。由圖2可知，構(gòu)件正截面抗彎性能符合規(guī)范要求。

圖2 正截面抗彎最大、小抗力及對(duì)應(yīng)內(nèi)力圖（單位： kN*m）

3.3.5 短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)橋梁主梁壓應(yīng)力最大值包絡(luò)圖，施工階段主梁最大壓應(yīng)力值出現(xiàn)在主梁跨中下部，最大值為11.531 MPa≤0.7fck’=22.68 MPa，滿足《橋規(guī)》要求。

3.3.6 撓度驗(yàn)算

橋梁主梁在短期效應(yīng)組合下，跨中最大撓度為6.9 cm，根據(jù)《橋規(guī)》給定計(jì)算公式，可算得該大橋主梁撓度最大值為（6.9×1.425-7.6）=2.2 cm，低于《橋規(guī)》指標(biāo)控制值L/600=8 000/600=13.3 cm，符合《橋規(guī)》指標(biāo)控制要求。

3.4 預(yù)拱度設(shè)置

分別計(jì)算預(yù)應(yīng)力作用下主梁長(zhǎng)期反拱值、主梁荷載短期效應(yīng)組合應(yīng)對(duì)預(yù)拱度度值，比對(duì)所得主梁反拱值、預(yù)拱度值大小，若主梁預(yù)拱度值大于反拱值，則預(yù)拱值取荷載撓度值與長(zhǎng)期反拱值之差。

在模型仿真值基礎(chǔ)上，考慮主梁混凝土收縮徐變及預(yù)應(yīng)力損失等因素，主梁長(zhǎng)期預(yù)拱在理論值的基礎(chǔ)上額外增加30 mm，消除橋梁服役期撓度影響。

4 監(jiān)控值與理論值對(duì)比

（1）案例橋梁主橋?yàn)殇摻罨炷吝B續(xù)梁橋，為保證橋梁監(jiān)控量測(cè)準(zhǔn)確性，需提前分析橋梁應(yīng)力變化特點(diǎn)，強(qiáng)化控制節(jié)點(diǎn)處施工監(jiān)控。合攏段應(yīng)力計(jì)設(shè)置截面見(jiàn)圖3，圖中數(shù)字為應(yīng)力計(jì)編號(hào)，其中106～260號(hào)應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)所在截面橫橋向應(yīng)力，其他編號(hào)應(yīng)力計(jì)監(jiān)控所在截面順橋向應(yīng)力。

圖3 中跨合攏段應(yīng)力計(jì)布置斷面

（2）合攏段箱梁應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 應(yīng)力監(jiān)控測(cè)量結(jié)論數(shù)據(jù) /MPa

（3）整理中跨合攏段有限元模型計(jì)算理論值、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控值，得到案例橋梁中跨應(yīng)力理論值與監(jiān)控值對(duì)比圖見(jiàn)圖4。

圖4 中跨應(yīng)力理論值與監(jiān)控值對(duì)比

由圖4可知，中跨合攏段各監(jiān)測(cè)截面應(yīng)力測(cè)試值與理論值變化曲線基本吻合，中跨段節(jié)點(diǎn)斷面檢測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律一致，表明所建立橋梁上部結(jié)構(gòu)有限元模型可準(zhǔn)確反映橋梁應(yīng)力變化特征，可用于指導(dǎo)施工。

5 結(jié)論

綜上所述，普通連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋主橋合攏段中跨合攏施工流程、受力特性等，對(duì)主橋成橋后的橋體線形、承載力性能、承載狀態(tài)等均具有重要影響。該文通過(guò)建立橋梁有限元模型，得到了橋梁在不同荷載效應(yīng)組合下的應(yīng)力變化規(guī)律，明確了橋梁施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，并運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型計(jì)算的可靠性，可為后續(xù)橋梁合攏段施工監(jiān)測(cè)提供借鑒。