多跨连续刚构桥顶推合龙方案研究_胡清和

　文章编号:1671-2579(2009)03-0109-06

多跨连续刚构桥顶推合龙方案研究

胡清和1,邓江明2,周水兴1,邓杨芳1

(1.重庆交通大学,重庆市　400074;2.中铁二十局第三公司)

摘　要:混凝土收缩徐变长期作用及温度变化将对连续刚构桥主梁和桥墩的变形及内力产生较大影响。该文结合何家坝大桥工程实例,开展了多跨连续刚构桥合龙方案及合龙段顶推量取值的研究。通过分析比较,得到了多跨连续刚构桥合理的合龙方案及顶推力大小的优化计算公式。结果表明,六跨一联的何家坝大桥,其合龙顺序并不是常规的从边跨到中跨,边跨、中跨、次中跨的合龙顺序更有利于改善主梁与桥墩的变形,且能有效地改善桥墩底部的受力。

关键词:多跨连续刚构桥;合龙;顶推力;截面内力;水平位移

收稿日期:2008-09-10

作者简介:胡清和,男,硕士研究生.E -mail :hqh_81@

连续刚构桥以其结构稳定性好、跨越能力强、施工技术成熟、工程造价合理、行车舒适等优点,在国内得到很大发展,迄今已建成世界上最大跨径的连续刚构桥———重庆长江大桥复线桥,330m 。连续刚构桥在主跨100～300m 之间具有很强的竞争力,是现代桥梁中首选桥型之一。

连续刚构桥在长期荷载作用下会引起预应力损失、主梁下挠、主梁及桥墩水平偏位。连续跨度越长,纵向水平位移(以下简称水平位移)量也愈大。过大的水平位移会导致支座剪切破坏、桥墩稳定性降低等问题。此外,温度变化也会影响主梁变形。在桥梁结构设计规范中,对均匀温度作用有着明确的规定。计算表明,过大的温差会显著增大主梁和桥墩的附加内力,尤其是桥墩底部,附加内力更大。合龙前在悬臂端进行适当的顶推,是改善长期作用效应和温差效应的一种较为理想的施工措施。对多跨连续刚构桥,顶推力的大小不但与水平位移量有关,而且还与合龙方案有关。本文结合一个实例工程,开展多跨连续刚构桥合龙方案和顶推计算的研究。

1　工程概况

何家坝大桥是一座4×40+65+4×110+65+3×40m 预应力混凝土梁桥,其中主跨为六跨一联的预应力混凝土连续刚构桥(图1)。主桥箱梁根部高为6.5m 、跨中梁高2.8m ,箱梁根部底板厚70cm 、跨中

底板厚28cm ,箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.5次抛物线变化。主桥墩采用矩形空心等截面形式,高度

从59～84.01m 不等。设计荷载为公路-I 级,全桥处在+2.75%单向纵坡上

。

图1　何家坝大桥连续刚构部分立面布置图(单位:cm )

大桥设计合龙温度15℃。根据工期安排,实际合龙时间预计在11月底至12月初,年平均温度6～8℃。需要说明的是,一般连续刚构桥顶推都是针对高温合龙的情况,但对何家坝大桥,跨数多,主梁连续长度长,如果不考虑低温合龙引起的有利变形,势必会造成顶推力和顶推量过大的情况,这对大桥也是不利的。因此,文中考虑了低温合龙引起的有利变形。

根据结构计算,主跨在长期荷载作用下各墩顶,尤其是4#、10#过渡墩支座节点将发生较大的水平位移。具体结果见表1,相应的水平位移如图2所示。文中分析的截面编号如图3所示。

2　计算参数及有限元分析模型

2.1　计算参数选定

何家坝大桥主梁为C55混凝土,桥墩为C50混凝

9

01第29卷　第3期2009年6月

中　外　公　路

表1　20年收缩徐变后主梁部分控制截面水平位移(未顶推,设计合龙温度15℃)

节点号水平位移

/mm

70%水平位移

/mm

30%水平位移

/mm

112184.736.3

219868.629.4

535538.516.5

85 3.3 2.31

117-46-32.2-13.8

149-86-60.2-25.8

169-108-75.6-32.4

注:表中数字正号表示向右侧变形,负号表示向左侧变形,下同

图2　长期状态水平位移图(未顶推)

图3　有限元计算模型

土,文中分析时弹性模量按现行桥涵规范取值,材料容重按设计文件提供的混凝土与钢筋用量进行体积换算。经计算,主梁和桥墩的换算容重分别为26.71 kN/m3和26.55kN/m3、温度线膨胀系数α=1×10-5。

2.2　混凝土收缩徐变计算模式

混凝土收缩、徐变计算模式很多,本文采用现行规范附录F提供的计算公式来计算变形与预应力损失。

2.3　有限元模型的建立

多跨连续刚构桥属高次超静定体系,因此使用桥梁博士软件,按照施工顺序建立有限元模型。主梁划分为168个梁单元,5个主墩为160个单元;边界条件近似模拟为:5个主墩与大地固结

,过渡墩支座模拟成活动铰。有限元模型如图3所示。

3　合龙方案与顶推力计算

3.1　合龙方案

根据何家坝大桥的构造特点,提出两个可行的合龙方案。

方案一:

合龙顺序为,边跨合龙→次中跨合龙→中跨合龙。该合龙顺序是设计文件中的建议顺序,从图4可以看出,该方案只在中跨合龙前施加顶推力。图中圆圈内数字表示合龙段施工顺序,标示有水平方向箭头的为施加顶推力的位置。

图4　方案一合龙顺序示意图

方案二:合龙顺序为,边跨合龙→中跨合龙→次中跨合龙。该方案在中跨合龙和次中跨合龙前分别施加一次顶推力。如图5所示。

图5　方案二合龙顺序示意图

3.2　顶推量的确定

主要考虑长期荷载作用下由混凝土收缩、徐变和设计合龙温度与实际合龙温度温差引起的水平位移。

理想的顶推是消除表1中的水平位移,使其位移量为零,而实际上是难以实现的,也是不必要的。难以实现的原因在于合龙后结构为超静定结构;不必要的原因是若将上述水平位移量完全顶推到位,势必造成成桥阶段反向水平位移过大,这对桥梁受力是不利的。通过反复试算和比较,确定按表1中的70%水平位移量作为顶推量。

3.3　两个合龙方案在不同顶推力下的主梁、桥墩内力

与变形计算

由于全桥处在+2.75%的单向纵坡上,故顶推力方向必须与纵坡平行。根据上述两种合龙方案,开展了不同顶推力下主梁控制截面弯矩、桥墩底截面弯矩

011 中　外　公　路 第29卷