铁８ 道建筑 Ｍａｒｃｈ，２０１３ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３—１９９５（２０１３）０３—０００８—０４ 合龙条件对矮墩连续刚构成桥状态的影响分析 黄胜前，杨永清 （西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１） 摘要：以四川某矮墩连续刚构桥为工程背景，分析了合龙时的温度（包括均匀温度和温度梯度）、高差及 顶推力等因素对矮墩连续刚构成桥后的结构内力和线形的影响。分析表明：合理的顶推力可以有效改 善矮墩连续刚构成桥后的受力状态和线形，据此提出了考虑合龙温度和混凝土后期收缩徐变影响的顶 推力确定方法。 关键词：矮墩连续刚构 合龙条件 温度 高差 顶推力 收缩徐变 中图分类号：Ｕ４４５．４６６；Ｕ４４１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—１９９５．２０１３．０３．０３ 合龙是连续刚构桥施工过程中的一道关键工序， 它使桥梁的结构体系由静定的Ｔ构转换为超静定的 连续刚构。正是由于合龙后的结构超静定，温度变化、 混凝土收缩徐变等作用会在结构内产生附加内力。为 防止温度变化引起的附加内力过大，应根据桥梁所在 力混凝土连续刚构，跨径布置为（６０＋１００＋６０）ＩＴＩ。桥 梁分为左右两幅，采用三向预应力混凝土箱梁，单箱单 室截面，单幅箱梁顶板宽１４．２５ ｉｎ，底板宽９．２５ ｉｎ，外 翼板悬臂长２．５ ｍ，桥面由箱梁顶板形成２％的横坡。 墩顶箱梁高６．０ ｉｎ，跨中及边跨现浇段箱梁高２．５ ｉｎ， 地的年气温变化资料，确定连续刚构桥的最佳合龙温 度。设计是以结构合龙温度为初始值，分别考虑结构 的最高和最低有效温度，即升温和降温两种情况 。 然而，在施工过程中，受施工进度和工期限制，不一定 从墩梁固结处至跨中箱梁高按二次抛物线变化；墩梁 固结处底板厚０．８ ｉｎ，跨中底板厚０．３ ｍ，从墩梁固结 处至跨中底板厚度也按二次抛物线变化；墩梁固结处 腹板厚０．９ ｍ，跨中腹板厚０．５ １１３，在７号块（距墩梁固 结处２０～２４ ｍ）腹板厚度由０．９ ｍ按直线渐变到０．７ ＩＴＩ，在９号块（距墩梁固结处２８～３２ １１３）腹板厚度由 能选择在最佳合龙温度时合龙。当合龙温度较高时， 降温引起的附加内力较大，而且与混凝土收缩产生的 附加内力方向相同，两者叠加起来将产生更大的附加 内力，因此高温时合龙对结构很不利。为了消除温度 和收缩徐变的影响，在连续刚构桥中跨合龙时对梁体 施加一个水平顶推力，使主墩产生一个反向位移，来抵 ０．７ ｍ按直线渐变到０．５ Ｉｌｌ。设置６道横隔板，每个墩 顶设置２道０．８ ｉｎ厚的横隔板，每个边跨梁端设置１ 道１．２ ｍ厚的横隔板。桥墩为钢筋混凝土结构，采用 双肢薄壁墩，厚０．８ ｍ，肢间净距２．４ １ＴＩ，２号墩高 消合龙后整体降温及后期收缩徐变等作用的影响 。 １３温差和温度梯度也会引起箱梁纵向和竖向变形，因 此不宜在温度变化较大的情况下合龙，应通过连续观 测，选择温度相对稳定、箱梁变形幅度较小的时间段锁 定劲性骨架实现合龙。此外，在工程中由于悬臂浇筑 施工过程中线形控制不好导致跨中合龙时悬臂高差过 １３．２８ ｉｎ，３号墩高１２．３８ ｉｎ，墩高约为跨径的１／８。桥 墩承台厚３．５ ｍ，基础为直径２．０ ｍ的钻孔灌注桩。 箱梁采用Ｃ６０混凝土，墩身采用Ｃ４０混凝土，承台和 桩基础采用Ｃ３０混凝土。全桥立面布置见图１。桥梁 所在地多年平均气温为１６℃～１７℃，最高１３平均气 温为３９．５℃，最低日平均气温为一４．５℃。箱梁采用 大的情况，一般是通过压重使悬臂高差达到允许值范 围内进行强制合龙，此时会在结构中产生附加内力，而 且分配不均，往往严重削弱结构的安全储备 。 悬臂浇筑法施工，边跨梁端９ ｍ长在落地支架上现浇， 合龙顺序为先合龙两个边跨再合龙中跨，设计合龙温 度为１Ｏ ｃ（＝～１８℃。 １ 工程背景 四川某城市跨越铁路线立交桥，结构形式为预应 ２合龙温度的影响分析 桥梁结构往往暴露在自然环境中，受到温度作用 的影响，主要包括常年气温变化和太阳辐射，前者通常 称为均匀温度作用，后者称为梯度温度作用。连续刚 构桥是超静定结构，在均匀温度作用下的纵向变形受 收稿日期：２０１２—０９—０４；修回日期：２０１２—１１—１０ 作者简介：黄胜前（１９８２一），男，四川仁寿人，工程师，博士研究生。 ２号墩 图ｌ 跨线立交桥立面布置（单位：ｍ） ‘＼ —＊～． ．． 三 （ａ）弯矩 善 Ｒ 霹 ｆｂ１轴力 图３ 均匀温度变化与结构内力的关系 向中跨的位移越大。 名 里 堪 图２均匀温度变化与结构位移的关系 结构比较有利。 ’２．２ 在中跨合龙时，骂 择锁定劲性骨架进行合为Ｊ递件 疋驯 一一 １０ 铁道建筑 的最佳时间，对悬臂段竖向位移进行了２４ ｈ连续观 测，每０．５ ｈ测１次数据。观测发现，１：００～７：００高程 变化相对较平缓，５：ｏ０悬臂段竖向挠度最小，如以此 为基准即假定此时竖向位移为０，则１６：００悬臂段竖 向位移最大，端截面处竖向位移为一１６ ｍｍ。与按桥 规温度梯度作用计算的悬臂段竖向位移相比，实测的 ２４ ｈ内悬臂段最大竖向位移相对小一些，如图４所示。 ｇ Ｅ ＿叵 崮 扁Ｉ《 瓣 图４悬臂段在温度梯度作用下的位移 理论计算和实测均表明，温度梯度作用对合龙前 悬臂段的竖向位移影响较大。在选择连续刚构合龙时 间时，应充分考虑这一因素，否则对成桥的内力和线形 影响较大。如图５所示，在桥规温度梯度作用下合龙， 在箱梁内产生的附加弯矩达一１６ ０００ ｋＮ・ｍ，箱梁附 加位移达一２１ ｍｍ；在实测悬臂挠度最大时合龙，在箱 梁内产生的附加弯矩达一９ ７００ ｋＮ・ｍ，箱梁附加位移 达一１３ ｍｍ。因此，应当在悬臂段竖向位移较小且变 化平缓的时间段内锁定劲性骨架进行合龙施工。 （ａ）附加弯矩 基 暑 趟 景 蓝 ・叵 囊ｌ｝ 瓣 （ｂ）附加位移 图５在温度梯度作用下合龙对成桥状态的影响 ３合龙高差的影响分析 在连续刚构桥施工中，由于施工控制不好，往往出 现中跨合龙时高差过大的情况 。此时，一般按文献 ［３］的处理方法，采取压重将高程调整到设计要求进 行强制合龙。但是，通过压重强制合龙成桥后，在箱梁 内会产生很大的附加内力，且结构内力分配不均，压重 一侧悬臂负弯矩很大，对结构受力十分不利。在合龙 高差为５ ｃｍ和１０ ｃｍ两种情况下，通过压重强制合龙 后中跨箱梁的附加弯矩计算结果如图６所示。附加弯 矩与合龙高差呈线性关系，合龙高差越大成桥结构附 加弯矩越大。另外，对较大的合龙高差，确定压重时必 须考虑结构的承载能力，因此必须在施工过程中加强 监测与控制，避免出现合龙时高差过大的情况。 言 墨 ＿＿ 舞 莲 脒 蜒 ０ＩｒＪ。。一 ∞ ｎ卜 ０ ｎ卜＿一＿ｎ＿九￣－ｑ ￣－ｑ ０ 一 一 ￣．ｘｌ￣－ｑ 、。 蓉 ２ 纵向位置，ｍ 图６压重调整高差强制合龙对成桥内力的影响 ４ 顶推力的影响分析及确定方法 连续刚构墩梁固结，合龙后混凝土收缩徐变会使 墩顶发生水平位移，桥墩因此发生挠曲变形并产生附 加内力。特别是矮墩连续刚构桥，由于墩身较矮而刚 度较大，墩顶较小的位移就可在桥墩内产生较大的内 力。因此，在合龙时应对结构进行预先调整，施加适当 的顶推力，使成桥后的受力状态和线形更趋于合理。 未顶推、１ ０００ ｋＮ顶推力、２ ０００ ｋＮ顶推力三种情 况下，１０年收缩徐变后，刚构关键点位移如表１所示。 施加１ ０００ ｋＮ顶推力，墩顶水平位移减小９．２ ｍｍ，边 跨跨中竖向位移增加１．７ ｍｍ，中跨跨中竖向位移减小 ４．０ ｍｍ；施加２ ０００ ｋＮ顶推力，墩顶水平位移减小 １８．３ ｍｍ，边跨跨中竖向位移增加３．４ ｍｍ，中跨跨中 竖向位移减小８．０ ｍｍ。可见，通过施加顶推力预先调 整可以有效改善结构因收缩徐变而产生的变形。 未顶推、１ ０００ ｋＮ顶推力、２ ０００ ｋＮ顶推力三种情 况下，ｌ０年收缩徐变后，桥墩内力如表２所示。施加 １ ０００ ｋＮ顶推力，中跨根部弯矩增加１６％，中跨跨中 弯矩减小４７％，墩底弯矩减小３８％；施加２ ０００ ｋＮ顶 推力，中跨根部弯矩增加３２％，中跨跨中弯矩减小 ９３％，墩底弯矩减小７５％。可见，通过施加顶推力预 ２０１３年第３期 黄胜前等：合龙条件对矮墩连续刚构成桥状态的影响分析 表１成桥１Ｏ年后关键点位移比较 ｍｍ ５ 结束语 本文针对矮墩连续刚构桥的特点，以实桥为例，分 析了合龙时的温度（包括均匀温度和温度梯度）、高差 及顶推力等因素对矮墩连续刚构成桥后的结构内力和 线形的影响，得到如下结论： １）由于矮墩连续刚构桥墩身刚度较大，由温度、 混凝土收缩徐变引起的墩顶较小位移即可在桥墩内产 生较大内力。 ２）为减小温度附加内力和变形，选择合龙温度时 表２成桥１Ｏ年后桥墩控制截面内力比较ｋＮ・ｍ 应尽量减小均匀温度的变化幅度，同时，在一天中温度 梯度作用较小且变化缓慢的时间段内合龙。 ３）通过压重消除合龙高差进行强制合龙对箱梁 结构内力影响非常大，而且造成内力分配不均，压重一 侧负弯矩很大，对结构受力十分不利。应在施工过程 中加强监测与控制，避免出现合龙时高差过大的情况。 ４）连续刚构桥合龙后的收缩徐变以及高温合龙 先调整可以有效改善结构因收缩徐变而产生的次内 的降温作用导致墩顶向跨中的水平位移，引起结构变 力，而使结构受力更趋合理。 形和附加内力；通过预先施加适当的顶推力可以有效 此外，在施工中由于施工进度等因素，有时不可避 地改善成桥结构的受力状态和线形。顶推力的大小以 免选择在高温条件下合龙。成桥后因降温作用将导致 消除收缩徐变以及高温合龙的降温作用导致的墩顶水 主梁缩短、墩顶产生向中跨方向的水平位移，主梁及桥 平位移为宜，且桥墩的受力必须满足承载力要求并留 墩将产生温度附加内力，若温度附加内力过大还会影 有一定安全储备。 响结构安全。为了消除高温合龙的不利影响，可在连 参 考 文 献 续刚构桥合龙时对梁体施加水平顶推力，抵消因温度 差引起的位移与内力，使成桥结构内力处于合理 ［１］周光伟，陈得良，刘榕．连续刚构桥合拢温度的合理确定及 范围 。 高温合拢对策［Ｊ］．长沙交通学院学报，２００６，２２（３）：１５—１９． ［２］陈洪彬，陈群，王斐，等．大跨度连续刚构桥合龙顶推效应分 综上所述，顶推力的大小需要考虑合龙后结构的 析及方案设计［Ｊ］．公路，２００９（７）：２０９—２１１． 收缩徐变和均匀温度作用，同时还要考虑桥墩的承载 ［３］罗金标，晋勇，曾磊．变截面连续箱梁桥合龙高差处理［Ｊ］． 能力。顶推力的大小以消除墩顶水平位移为宜，计算 中外公路，２００２，２２（３）：５６—５９． 步骤如下：第一步，计算成桥１０年后，在收缩徐变作用 ［４］中华人民共和国交通部．ＪＴＧ Ｄ６０－－２００４公路桥涵设计通 下墩顶水平位移，如果在高温合龙，还需计算降温引起 用规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． 的墩顶水平位移，降温幅度按实际合龙温度减设计合 ［５］石杰荣，雷双龙，毛久海．宽幅箱梁悬臂施工控制关键技术 龙温度；第二步，计算引起墩顶同样大小反向水平位移 的探讨［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（２）：４８—４９． 所需的墩顶水平推力；第三步，验算在计算顶推力作用 ［６］殷灿彬，王解军，唐灿．连续刚构桥高温合拢顶推力的计算 下墩身的承载力是否满足要求，并留有一定安全储备， 方法研究［Ｊ］．中南林业科技大学学报，２００９（１）：１１１．１１６． 若不满足应调整顶推力。 （责任审编 孟庆伶）