多跨連續(xù)梁的合攏設(shè)計(jì)

1、多跨連續(xù)梁的合攏設(shè)計(jì)吳建中摘要：結(jié)合南昌大橋跨中合攏實(shí)際施工情況，介紹了多跨長(zhǎng)聯(lián)預(yù)應(yīng)力混 凝土連續(xù)梁跨中合攏方案選擇和合攏支架的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：連續(xù)梁；預(yù)應(yīng)力混凝土橋；溫度應(yīng)力；合龍；橋梁設(shè)計(jì)1、前言現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸事業(yè)需要修建大跨度的現(xiàn)代化橋梁，在我國(guó)的大江大河上 已經(jīng)和正在修建越來(lái)越多的多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。由于大變形量伸縮縫和 大位移橡膠支座的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以及對(duì)混凝土收縮徐變、連續(xù)梁合龍及體系轉(zhuǎn)換 內(nèi)力、縱向制動(dòng)力分配、預(yù)拱度及施工變形控制等問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深化，以錢(qián)塘江二 橋?yàn)槭?，連續(xù)梁一聯(lián)總跨數(shù)和總長(zhǎng)度大大突破了早期橋梁35跨一聯(lián)，每聯(lián)長(zhǎng) 度400 m以下的局限。國(guó)內(nèi)較著名的多跨長(zhǎng)聯(lián)預(yù)應(yīng)

2、力混凝土連續(xù)梁橋見(jiàn)表1。表1我國(guó)多跨長(zhǎng)聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋一覽表橋名跨數(shù)跨度組成/m總長(zhǎng)/m年代備注錢(qián)塘江二橋1845+65+14x80+65+451 3401992滬杭線襄樊漢江二橋1466+85+10 x100+85+661 3001992南昌贛江大橋1356+11x80+569921995湘潭湘江大橋1240+10 x72+408001997株婁線長(zhǎng)沙湘江橋962+7x96+627961997沙洋漢江大橋863+6x111+637921985株洲湘江大橋960+7x90+607501988松花江大橋959+7x90+597481986府谷黃河橋1048+8x80+487361994神塑

3、線常德沅江橋762.3+5x96+62.36041997石長(zhǎng)線這些橋梁充分發(fā)揮了連續(xù)梁受力整體性好、剛度大、活載作用下豎向變位小、行車平順、 安全舒適的特點(diǎn)，具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。在我國(guó)，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁主要還是采用分節(jié)段懸臂對(duì)稱施工（現(xiàn)場(chǎng)就地灌注 或預(yù)制拼裝）、跨中依次合龍、經(jīng)過(guò)多次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、最后形成整聯(lián)結(jié)構(gòu)的施工方法。其 中的技術(shù)關(guān)鍵包括：墩頂臨時(shí)支承或錨固，懸臂施工抗傾覆穩(wěn)定性和抵抗不平衡彎矩； 懸臂施工線形控制。豎向預(yù)拱度和支座水平預(yù)偏量的設(shè)置和調(diào)整；）號(hào)段和合龍段混凝土 的灌注工藝；跨中合龍順序的安排和合龍用臨時(shí)支聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。本文以南昌贛江大橋主橋13跨連

4、續(xù)箱梁跨中合龍的施工設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明多跨長(zhǎng)聯(lián)混凝 土連續(xù)梁合龍施工的特點(diǎn)。2、南昌大橋概況南昌大橋是我國(guó)首座雙層橋面、立體平交的大型城市公路橋梁，截面尺寸很大（見(jiàn)圖1）， 每延米混凝土 25 m3,重達(dá)62.5 t/m。設(shè)計(jì)采用懸臂灌注方法施工，跨中合龍段長(zhǎng)3.6 m。主 橋從12號(hào)墩至25號(hào)墩，均為圓端形空心墩，比較粗壯。通過(guò)4.5 m厚承臺(tái)和8p2.2 m鉆孔 樁支承在基巖上。臨時(shí)支點(diǎn)采用墩頂錨固方案，省去墩旁托架，懸臂箱梁通過(guò)支承墊石p32 粗鋼筋與橋墩連接，形成一個(gè)T形剛構(gòu)。于合龍前后分2次解除墩梁之間的連接。在2個(gè)T 構(gòu)于跨中合龍時(shí)，安裝臨時(shí)支聯(lián)構(gòu)件形成n形剛架。本橋橋墩和基礎(chǔ)剛性較大

5、，由于環(huán)境 和體系溫度變化、混凝土收縮徐變等原因造成箱梁縱向長(zhǎng)度的變化，加上合龍段自重、風(fēng)荷 載及其他臨時(shí)施工荷載、預(yù)應(yīng)力連續(xù)力筋張拉等均導(dǎo)致橋墩受到較大的剛架力，此剛架力又 反過(guò)來(lái)作用于合龍支架，使合龍段臨時(shí)鎖定的支架受力復(fù)雜化。3 DQ0/3潟 QW F 圖1南昌大橋主橋橫斷面3、合龍方案多跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁體系形成步驟為：T構(gòu)一n構(gòu)一分段連續(xù)一形成全橋。按其 不同順序又可分為幾種類型。從一岸向另一岸，依次合龍，每次合龍一個(gè)T構(gòu)，連續(xù)梁逐跨延伸。南 昌大橋初步設(shè)計(jì)就是此方案，從12號(hào)墩開(kāi)始，自東向西直到25號(hào)墩。該方案 的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)T構(gòu)受力基本相同，合龍時(shí)橋墩只承受一跨的溫度應(yīng)力，施工容易 進(jìn)行

6、。但是對(duì)施工順序要求嚴(yán)格，缺乏靈活變通的余地。此外，由于正中19號(hào) 墩是固定支座，無(wú)法暫時(shí)放松為縱向活動(dòng)支座、然后再轉(zhuǎn)換為永久固定支座。僅 因此項(xiàng)原因，初步設(shè)計(jì)方案被否定。先靜定“小合龍”，再按既定順序進(jìn)行超靜定“大合龍”。艮L各墩頂 懸臂施工形成T構(gòu)以后，先兩兩合龍形成穩(wěn)定的n構(gòu)，然后將各n構(gòu)逐個(gè)連成 整體。n構(gòu)的連接稱為超靜定大合龍，并伴隨著結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，內(nèi)力重分布。 它可以是從中間2個(gè)n構(gòu)開(kāi)始，依次向兩側(cè)延伸，每側(cè)連接1個(gè)n構(gòu)；也可以 是從兩邊開(kāi)始，最后兩半橋正中合龍成全橋。南昌大橋施工設(shè)計(jì)圖紙采用的是前 者，該方案施工可以全面開(kāi)花、互不干擾；小合龍形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比較安全；個(gè) 別T構(gòu)施工

7、受阻，對(duì)全橋無(wú)決定性影響；體系轉(zhuǎn)換對(duì)稱進(jìn)行，橋墩和每跨箱梁受 力比較均勻合理。這是比較理想的合龍方案。當(dāng)然，大合龍時(shí)，合龍支架至少要 承受2個(gè)橋墩的剛架溫度力。若采用正中最后合龍，則在體系熱脹冷縮作用下， 合攏支架可能承受半個(gè)橋所有墩頂摩阻力的總和，受力條件很不利。大、小合龍方式綜合采用。多跨長(zhǎng)橋由于橋墩多，需多工點(diǎn)同時(shí)施工， 而掛籃因數(shù)量有限，必須分批倒用，先后施工，現(xiàn)場(chǎng)情況又千變?nèi)f化、十分復(fù)雜， 往往使上述較理想的方案不能得到完全實(shí)施。南昌大橋就曾多次變更合龍順序， 最后實(shí)現(xiàn)的施工順序見(jiàn)圖2。在最后沖刺階段，3個(gè)合龍段同時(shí)灌注，將分成4 段的全橋一舉全部連成。此時(shí)19號(hào)墩附近合龍支架的縱向

8、水平力計(jì)算值約為拉 力7 000 kN和壓力24 000 kN，這在國(guó)內(nèi)也是少見(jiàn)的。4、合龍段施工設(shè)計(jì)4.1合龍?jiān)瓌t連續(xù)梁跨中合龍必須遵循低溫灌注、又拉又撐的二大原則。在合龍前夕使2 個(gè)共軛的懸臂端臨時(shí)連接，盡可能保持相對(duì)固定，以防止合龍段混凝土在灌注及 早期硬化過(guò)程中發(fā)生明顯的體積改變。而選擇在一天之中氣溫較低時(shí)（如夜間零 點(diǎn)左右）灌注混凝土，可保證合龍段新澆注的混凝土處于氣溫上升的環(huán)境中，在 受壓狀態(tài)下達(dá)到終凝。I:!Vw:T | i 購(gòu)赫 | | |圖2南昌大橋主橋合龍順序注：第12跨合龍、13號(hào)墩固定；第13跨合龍、13號(hào)墩固定；第15跨合龍、15號(hào)墩固定；第14跨合龍、15號(hào)墩固定；

9、第16跨合龍、15號(hào)墩固定；第18跨合龍、19號(hào)墩固定；第19跨合龍、19號(hào)墩固定；第21、22跨同時(shí)合龍、22號(hào)墩固定；第17、20跨同時(shí)合龍、19號(hào)墩固定；第24跨合龍、24號(hào)墩固定；10第23跨合龍、19號(hào)墩固定。連接鎖定的支架包括頂撐和拉結(jié)兩部分。拉結(jié)一般利用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束，臨 時(shí)張拉一定噸位。頂撐方法早期采用體內(nèi)鋼管（桂林凈瓶山橋，廣西茅嶺江橋）， 現(xiàn)普遍采用體外支撐，在箱梁頂、底板頂面設(shè)置反力座，用組合鋼桿支撐，以后 拆除反力座，撐桿壓力就全部轉(zhuǎn)到合龍段混凝土中。也有通過(guò)螺栓或焊接將鋼撐 與反力座完全固結(jié)的，此時(shí)，可省去張拉臨時(shí)鋼束（江門(mén)外海大橋）。還有的橋在 兩側(cè)豎平面內(nèi)增設(shè)交叉

10、斜桿，抵抗懸臂端之間的剪切變形。南昆線清水河大橋和黃石長(zhǎng)江大橋分別為主跨128 m和245 m的預(yù)應(yīng)力混凝 土連續(xù)剛構(gòu)橋，為了克服合龍時(shí)氣溫較高并對(duì)合龍段混凝土施加一定預(yù)壓應(yīng)力， 除了設(shè)置支連結(jié)構(gòu)以外，還在兩合龍端面之間設(shè)置千斤頂，在安裝撐桿之前，對(duì) 二側(cè)丁構(gòu)主動(dòng)施壓，增大懸臂端面間距，使墩身預(yù)彎曲。相當(dāng)于降低合龍溫度。4.2靜定合龍每次合龍一個(gè)T構(gòu)。為了保證單個(gè)T構(gòu)的穩(wěn)定安全度，在跨中合龍完成以前， 墩頂錨固塊不能全部拆除，事實(shí)上，墩梁仍處于剛性固結(jié)狀態(tài)。南昌大橋基礎(chǔ)剛 性大，跨度達(dá)80 m，為使支架安全可靠，又經(jīng)濟(jì)合理，按各種可能的荷載工況， 綜合考慮了梁體、橋墩、承臺(tái)、樁和地基的水平抗彎

11、剛度，以及上、下?lián)螚U的截 面特性和實(shí)際位置進(jìn)行整體計(jì)算分析。計(jì)算荷載有6種?？缰袧沧⒒炷脸豎=2X30t，通過(guò)掛籃作用于懸臂 端；溫度：均勻升溫10C，降溫-3C；上桿升溫10C，下桿（在箱內(nèi)）升溫5C； 溫差：頂板升溫10C，暴雨降溫-3C :壓重水箱：重76 t，作用點(diǎn)離懸臂 端4 m；風(fēng)力：合龍跨由上向下吹，自由伸臂段由下向上吹，N=11.5 kN/m組 合時(shí)按N X（+ 0.5）計(jì)；臨時(shí)束張拉：頂板以1 000 kN為單位，底板以2 000 kN 為單位，鋼束長(zhǎng)13 m，鋼束中的高度按實(shí)際位置計(jì)。采用平面桿系有限元分析，分別將上述6種荷載代入結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算出每種 荷載作用下在上、下

12、撐桿中的內(nèi)力，再加以最不利組合，求出上、下?lián)螚U中的最 不利內(nèi)力。每次計(jì)算需先設(shè)定撐桿截面，最后，按計(jì)算內(nèi)力校核撐桿的強(qiáng)度和受 壓穩(wěn)定性。多次反復(fù)計(jì)算和組合，才得到較為合理的結(jié)果。4.3超靜定合龍合龍時(shí)一側(cè)有2個(gè)或2個(gè)以上的橋墩。如前所述，共軛懸臂端面之間的相對(duì) 位置（間距、高差和轉(zhuǎn)角）的影響因素主要是體系溫度場(chǎng)和太陽(yáng)日照、暴雨降溫等 不均勻溫度場(chǎng)，其次是各種恒載（合龍段是自重等）、混凝土收縮和徐變、預(yù)加力 和施工荷載以及風(fēng)力、基礎(chǔ)變位等。其中溫度和徐變的影響隨計(jì)算梁長(zhǎng)的增加而 成比例增大，所以超靜定合龍支架的內(nèi)力遠(yuǎn)大于靜定合龍（T構(gòu)合龍，計(jì)算梁長(zhǎng) 為80 m/2；n構(gòu)合龍，計(jì)算梁長(zhǎng)達(dá)80 mX

13、3/2）的內(nèi)力。南昌大橋最后采用的合 龍支撐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3?！按蠛淆垺庇?jì)算內(nèi)力包括兩大部分：一部分是合龍跨本身按 前述方法計(jì)算（計(jì)算圖式不同）的內(nèi)力，另一部分是考慮其他橋墩的摩阻力（或水 平剛架力）組合。事先按墩頂自由的計(jì)算圖式求出各橋墩墩頂處的水平抗推剛度 K （表2），再將各墩頂K值作為圖3中各水平支桿的彈性常數(shù)。1.魅力妹蘭$ F櫻費(fèi)片機(jī)束臨時(shí)慌肉SOOO I 3 OOP. 33姬e號(hào)型M坐網(wǎng)圖3南昌大橋合龍支撐結(jié)構(gòu)表2南昌大橋主橋橋墩一覽表墩號(hào)墩高h(yuǎn)/m樁長(zhǎng)h2/m抗推剛度K kN/mm單跨 溫度力 T1/kN允許 水平力 P /kN1215.640132411.81414.05014.7

14、501 080.98 650142313.41414.71015.590759.16 070152215.01413.09012.940615.84 9307 380162116.61014.46014.780522.54 180172018.21415.08015.130414.93 320181919.28113.29016.510366.32 9306 0002510.82714.550注：T1按L=80 m/2, At=20計(jì)算，相當(dāng)于A=8 mm； P為按墩、樁尺寸和配筋檢算 得到的允許推力。按照墩頂臨時(shí)錨固塊拆除的情況，可將墩頂支承情況區(qū)分為固定和滑動(dòng)二類。對(duì)19號(hào) 墩或錨塊未拆除

15、者為固定支點(diǎn)，其縱向水平力為剛架力P=K.A。式中，K為該墩下部結(jié)構(gòu)整 體水平剛度，為墩頂縱向計(jì)算水平位移。錨固塊全部拆除者為滑動(dòng)支點(diǎn)，其最大的縱向水 平力為支座靜摩阻力F=g.G。式中，g為四氟板的滑動(dòng)摩阻系數(shù)，一般取p=0.05； G為墩頂 豎向反力，本橋邊墩G=9 000 kN，中墩G=44 800 kN。對(duì)于滑動(dòng)支點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)計(jì)算A較小 時(shí)，其墩頂縱向計(jì)算水平力P=K.AF=g.Go當(dāng)計(jì)算斗G/K時(shí)，則克服四氟板靜摩阻，產(chǎn) 生縱向水平滑動(dòng)。手算可先計(jì)算溫度伸縮的等效不動(dòng)點(diǎn)，然后可確定各墩水平剛架力或者滑動(dòng)摩阻力的方 向及大小，再與第1部分內(nèi)力組合。按柔性墩計(jì)算原理，在體系溫差A(yù)t作用下，

16、每孔長(zhǎng)度 Li的梁體伸縮量AL=aLiAt，略去梁體在軸向力作用下的長(zhǎng)度微變，并設(shè)12號(hào)墩最終水平位 移為A0（正值表示向右，負(fù)值表示向左）。則有：A 二A =A +atLA =A+at（L+L） TOC o 1-5 h z A =A + at（L+L+L ）2301211|K .土4 ：聲仇 K .根據(jù)平衡條件】P=0,i=1223，約束條件P=K *A WP ，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。i19191919表3大合龍溫度力計(jì)算結(jié)果溫度/c不動(dòng)點(diǎn) 位置溫度位移19號(hào)墩推力合龍支桿受力/kN12/m19/mA23/m%/kNP1/kNP2/kN1018號(hào)墩左側(cè)13 m-0.044 30.009 30.041 3-3 40612 8406 72020右側(cè)13.5 m-0.093 90.013 30.077 3-4 87012 8406 720注：P為1819跨中B1點(diǎn)所受力，P2為2021跨中B2點(diǎn)所受力。5、結(jié)語(yǔ)南昌贛江大橋主橋合龍施工設(shè)計(jì)由于較深入細(xì)致地考慮了各種荷載和施工環(huán)境因素，使 13跨連續(xù)梁得以順利合龍。合龍段混凝土質(zhì)量良好，合龍高差一般控制在23 cm以內(nèi)。 值得提出的是，多跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁施工是一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)期，也許要跨越若干季節(jié)，各跨