五跨连续刚构桥合龙方案总体设计

发表时间:2021/3/16   来源:《城市建设》2021年1月   作者:黄明恨
[导读] 对洛清江大桥设计方案研究过程进行介绍,通过对比两种合龙顺序、分析不同合龙顶推力,对类似连续刚构桥合龙方案设计具有参考意义。

广西柳州市东城投资开发集团有限公司(环资分公司) 黄明恨   545616

摘要:对洛清江大桥设计方案研究过程进行介绍,通过对比两种合龙顺序、分析不同合龙顶推力,对类似连续刚构桥合龙方案设计具有参考意义。
关键词:连续刚构 合龙顺序 顶推
        一、概况
        柳州市柳东新区官塘片曙光大道工程(雒容段)位于柳东新区的东北部雒容片区,北环高速公路以北、新柳大道以南,为曙光大道的延长线。项目起于东外环曙光大道立交,跨越洛清江,连接盘古大道,止于新柳大道延长线,路线全长4710m。曙光大道雒容段是雒容片区东西向城市主干路,道路红线宽度54m,设计速度60km/h,主车道双向六车道。
        洛清江大桥主桥为(57+3×90+57)m预应力混凝土连续刚构,主梁采用C50混凝土,横断面为单箱双室直腹板箱梁,根部梁高6.0米,跨中梁高3.0米,梁高按照1.8次抛物线变化;底板厚度0.32~0.65m,按照1.8次抛物线变化;腹板厚度0.5~0.75m,顶板厚度0.3m。主墩为钢筋混凝土双肢薄壁墩,7号墩高20.5m,8~10号墩高22.5m,桥墩厚度1.25m,宽13.5m,均采用C40钢筋混凝土。


        二、合龙方案
        合龙施工是悬臂施工预应力连续梁桥施工的重要环节,此时桥梁结构体系发生转化,尤其在多跨连续梁中,不同的合龙顺序对桥梁结构的内部应力和位移会产生一定的影响,而且施工的繁简程度、人工与设备的投人情况也有较大差异 ,因此要通过充分的论证,寻求结构内力与位移方面和施工繁简程度方面的最优组合,以达到最大的社会与经济效益。
        五跨连续刚构桥的常见合龙顺序有两种:
        合龙顺序一:从两端向中间依次合龙,即先合龙第1、5跨,再合龙第2、4跨,最后合龙第3跨。
        合龙顺序二:先“小合龙”,再大合龙,即先合龙第1、3、5跨,再合龙第2、4跨。
        分析采用Midas Civil 2019,主梁、主墩、承台均采用空间梁单元模拟。主墩墩顶与梁体之间、墩底与承台顶之间采用刚性连接,承台底采用弹性约束模拟桩土相互作用。边跨满堂支架用只受压弹簧模拟,边墩采用一般支承模拟(约束竖向和横桥向)。

        表1为两种方案收缩徐变完成后主梁应力,从表中数据可见不同合龙顺序对于主梁应力影响很小。两种施工顺序主梁的最大应力相差4.1%。


        表2为两种方案收缩徐变完成后各主墩墩顶水平位移,从表中数据可见不同合龙顺序对于边主墩的墩顶水平位移影响很小,但是对中主墩的墩顶水平位移影响较大。主墩墩顶水平位移最大差值为12mm,为墩高的1/1875,相对于结构尺寸而言位移差值很小。


        表3为两种方案收缩徐变完成后各主墩墩底弯矩,从表中数据可见不同合龙顺序对于边主墩的墩底弯矩影响很小,对中主墩的墩底弯矩影响较大,但是边主墩内力大,为主墩的控制性截面。两种施工顺序主墩的最大内力相差2.7%。


        两种合龙顺序主梁的最大应力、主墩的最大内力相差不大,差值均在5%以内,合龙顺序一全桥一共有三次合龙,合龙总共需要45天工期,合龙顺序二全桥一共有两次合龙,合龙总共需要30天,节约15天。为了加快施工进度,本桥选择方案二,先合龙第1、3、5跨,再合龙第2、4跨。
        三、合龙前顶推
        由于连续刚构上部结构混凝土收缩、徐变以及整体温度效应,会使主墩向跨中方向发生永久性变位,从而在墩顶、墩底产生永久弯矩,这使得主墩在使用阶段始终处于不利状态。根据以往的工程经验,桥梁施工在进行跨中合龙之前对跨中悬臂进行适当的顶推,是改善主墩由于梁体混凝土收缩徐变以及整体温度效应引起的不利受力和变位的有效施工措施。顶推力使主墩产生一个向外的“反向变位”,作为永久作用存在于主墩内,从而抵消由于上述原因引起的不利受力和变位,使成桥后主墩基本处于竖直状态。
        由表3可知,五跨连续刚构采用合龙顺序二即先合龙第1、3、5跨,再合龙第2、4跨。收缩徐变完成后各主墩墩底弯矩是不均匀的,最大墩底弯矩为最小墩底弯矩的3倍。
        由于各主墩构造一致,可以采取一定措施减小各主墩弯矩的差值,这样各主墩构造、配筋一致,不仅施工方便,而且造价较低。
        连续刚构桥改善桥墩受力的常用措施为合龙前顶推,根据本桥特点,可以在第2、4跨合龙前对主梁进行顶推。由于边支座为可动铰支座,顶推会减小主墩1、主墩4的墩底弯矩。顶推前中跨已经合龙,顶推会使第三跨主梁的轴力增大,而主墩2、主墩3的墩底弯矩应该变化很小。
        表4为详细的计算结果,随着顶推力的逐步增加,边主墩墩底弯矩越来越小,而中主墩墩底弯矩几乎不变。分析计算结果可见边墩墩底弯矩减小值和顶推力成正比,对于主墩1约为2.937kN.m/kN,对于主墩4约为3.218kN.m/kN,主墩4墩底弯矩减小的快一些。要想使顶推力最小,应该使主墩1的墩底弯矩降至9400 kN.m,需要的顶推力为(21103-9400)/2.937=3984kN,取400t进行计算。


顶推力取400t时各主墩墩底弯矩,主墩墩底的最大弯矩为9355KN.m,和顶推力为500t时墩底最大弯矩9333 KN.m仅相差0.2%,但是顶推力减小了100t,施工措施减少,节约了造价。
        四、全桥运营阶段分析
        合龙采用先合龙第1、3、5跨,再合龙第2、4跨,第2、4跨合龙前对主梁施加400t的顶推力,进行全桥运营阶段分析。


        五、总结
        通过分析比较,无跨连续刚构桥采用先合龙第1、3、5跨,再合龙第2、4跨的合龙顺序,只需要两步即可完成全桥合龙,大大提高了施工进度。为了改善主墩受力,本桥在第2、4跨合龙前对主梁施加400t的顶推力,使各主墩的内力趋于均匀,极大地改善了主墩受力。
        连续刚构桥受力合理、施工技术成熟、经济性好、行车舒适,是大跨桥梁最常用的桥型之一。合理的合龙顺序不仅能缩短工期,还可以改善结构受力。由于收缩徐变、整体温度效应会使桥梁向跨中发生水平位移,从而增大主墩弯矩,合龙前增加适当顶推对改善主墩受力和变位效果十分显著。
参考文献:
【1】范立础,桥梁工程(上册)北京:人民交通出版社,2001
【2】武鸿玉、邹威,多跨连续刚构桥合理合龙顺序分析,湖南理工学院学报(自然科学版),2014年3月
【3】公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 3362-2018)


 
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