连续-刚构组合梁桥设计、施工关键问题的探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第一期总第１０１期　水利水电施工　ｌ５　连续一刚构组合梁桥设计、施工关键问题的探讨　田明昱　黄　杰　（葛洲坝集团第五工程有限公司　湖北宜昌４４３００２）　【内容摘要】　连续－－Ｎ构组合梁桥是一种较为新颖的桥型结构，墩身抗推刚度的确定以及支座及　伸缩装置选取是其设计的关键，主梁施工的合拢顺序和临时锚固解除阶段等体系转换顺序直接影　响成桥内力和成桥线形。　【关键词】连续一刚构组合梁桥抗推刚度体系转换顺序　１　前言　在大跨径桥型方案比选中，连续梁桥型仍具有很强的　竞争力。连续梁桥型在结构体系上通常可分为连续梁桥、　连续刚构桥和连续一刚构组合梁桥。后者是前两者的结　合，通常是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结　的刚构，边部数孔解除墩梁固结代之以设置支座的连续结　和转角位移自由的支座，这样就变成刚构一连续组合梁的　结构形式。于是边主墩墩身强度问题得以解决，且在一定　条件下联长可相对延长。可见，刚构一连续组合梁是连续　梁和连续刚构的组合，它兼顾了两者的优点而且扬弃各自　的缺点，在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有一　定的优越性。　构。在结构上又可分为在主跨跨中设铰、其余各跨梁连续　和全联不设铰的组合梁桥两种形式，通常称后者为连续一　刚构组合桥。连续－－Ｎ构组合梁桥是连续梁桥与连续刚构　桥的结合体，兼顾了两者的诸多优点，如桥面连续、减少了　大吨位支座、整体性好等；又摒除了两者的不足，可增大联　长又突破了矮墩的限制。　３设计关键问题讨论　连续一刚构组合梁桥下部结构设计约束已基本放宽至　只按连续梁墩身要求设计的程度，但是考虑支座的摩阻力　对墩身的要求，以及悬臂施工过程中结构的稳定与安全，同　时兼顾经济，对墩的抗推刚度的选取是设计中的一个关键；　另外主梁在成桥后所有的位移都是通过支座释放，所以对　支座以及梁端伸缩装置的选取等都成为关键。　（１）墩身抗推刚度的确定　对于连续梁桥，连续刚构　桥，连续一刚构组合桥３种桥型的上部结构受力特点相似，　差别并不很大，不同之处在于它们的下部结构。连续刚构　桥对墩身合理抗推刚度的选择较为苛刻，连续一刚构组合　桥中的固结墩的抗推刚度是否也存在类似的约束条件？上　部结构在砼收缩徐变、温度变化、预应力弹性压缩、车辆制　动力等因素作用下产生纵向位移，连续梁通过墩身及支座　化解此位移，连续刚构桥以其柔性墩适应此变形，连续一刚　构组合梁桥则兼而有之。　（２）两主墩位移模型及抗推刚度计算　墩顶设置支座　的墩身，位移机理随支座形式变化。大跨径三跨连续－－Ｎ　构组合梁桥多采用纵向活动盆式橡胶支座和四氟滑板式橡　胶支座，普通板式橡胶支座由于位移量的限制，一般在中小　２　刚构一连续组合梁桥的结构受力特点　在连续梁桥中，将墩身与主梁固结而成为连续刚构桥。　由于墩身与主梁形成刚架承受上部结构的荷载，一方面主　梁受力合理，另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能，因此　该桥型在我国得到迅速的应用和发展．具有多个主孔的连　续刚构桥主跨已达到了３３０ｍ，连续梁桥的最大联长达１０００　多ｍ．众所周知，墩身内力与其顺桥向抗推刚度和距主梁顺　桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的薄　壁式墩身能有效地降低其内力，但随着联长的加大，墩身距　主梁顺桥向水平位移变形零点的距离亦将加大，在温度、砼　收缩徐变等荷载的作用了，墩顶与主梁一道产生很大的顺　桥向水平和转角位移，墩身剪力和弯矩将迅速增大，同时产　生不可忽视的附加弯矩，致使刚构方案无法成立。在结构　上将墩身与主梁的固结约束予以解除而代之以顺桥向水平　作者简介：田明昱（１９７４一　），男，工程师；　黄杰（１９６１一　），男，工程师。　跨径桥梁、离变形零点较近或在柔性墩上使用。　维普资讯 http://www.cqvip.com ｉｉｔ２几何计算模型　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第一期总第１０１期　水利水电施工　１７　不同的合拢顺序及不同阶段解除临时锚固对结构成桥　Ｉ…－－第一种施工顺序…一第二种施工顺　状态的影响是非常明显的，从本桥的结构分析看，影响结构　１４．０００　……－第三种施工顺序——第四种施工顺　受力的施工顺序有４种：　１２．０００　１０．０００　Ｊ　．　．　Ｉ）对称悬臂施工后先边跨合拢，再中跨合拢，最后解除　８．０００　痧眵　一Ｉ　临时锚固；　６．０００　Ｊ、、芒　，　Ｉｆ一＼＼．　４．０００　１　１　ｌ　口　Ｉｆ　２）对称悬臂施工后先边跨合拢，再解除临时锚固，最后　２．０００　，　Ｖ　Ｖ　’、　０．０００　……………………………．．．……．．．…＿＼　中跨合拢；　－２．０００　……ｎ　ｎ　……∞∞ｈ－∞卜　ｍ　３）对称悬臂施工后先中跨合拢，再边跨合拢，最后解除　临时锚固；　图３成桥状态主梁截面上缘应力　４）对称悬臂施工后先中跨合拢，再解除临时锚固，最后　边跨合拢。　下面对以上４种施工顺序的成桥状态的应力，成桥线　形，以及解除临时锚固对已成结构的影响３个方面进行对　比分析。　（１）成桥状态的应力分析比较从成桥状态上、下缘应　力沿跨径分布分析比较来看，４种体系转换顺序成桥状态　主梁应力沿桥纵向分布趋势大体相近，上、下缘均承受压应　力。但是从预应力储备的角度，第４种顺序的应力储备明　显优于其他３种顺序，其上缘压应力在边跨及中跨在对应　图４成桥状态主梁截面下缘应力　的截面上均较其他３种顺序小，而下缘压应力均较其他３　种顺序大，如图３、４所示。　表ｉ控制截面计算结果　（１ｑｌＰａ）　施工顺序　对比项目　左边跨　左边跨　Ｌ，４　Ｌ，２　１号墩顶　中跨１．，／４　中跨跨中　３Ｌ，中跨　４　２号墩顶　右边跨　右边跨　Ｌ　Ｌ，４　截面上缘　６．７４　８．１７　２．５８　９．２　５．９１　１０．２０　２．６４　６．７６　５．２１　（１）　主梁应力　截面下缘　８．０８　６．９１　３．７２　５．７１　６．０２　６．０１　３．６６　６．５１　８．２２　截面上缘　６．６２　８．ｏ０　２．５２　９．０１　５．８０　１０．２０　２．６６　６．８３　５．２６　（２）　主梁应力　截面下缘　８．２１　７．１０　３．７８　５．９１　６．１６　５．９５　３．６３　６．４１　８．１３　截面上缘　６．７７　８．２３　２．６１　９．４２　６．３９　１０．６０　２．７３　６．９９　５．３６　（３）　主梁应力　截面下缘　８．１８　６．９３　３．６９　５．５１　５．３１　５．５６　３．５７　６．３１　８．１４　截面上缘　６．１７　７．３８　２．３０　８．２２　４．９５　１０．００　２．４０　６．０９　４．７２　（４）　主梁应力　截面下缘　８．８６　７．８７　４．０２　６．７６　６．８５　６．１４　３．９１　７．２９　８．８６　表１中列出了４种体系转换顺序各控制截面上、下缘　０．０２５２ｍ，右边跨最大位移０．０２９ｒｎ，０．０２８９ｍ，０．０３１６ｍ。第　应力，对比分析可以看出第（４）种顺序截面上缘压应力均小　４种顺序的位移图趋势与前３种相反，边跨下挠而中跨上　于其他３种，而下缘压应力均大于其他３种，如跨中截面上缘　挠，这是一种有利于后期结构受力的变形；其绝对位移值较　压应力分别比其他３种顺序小０．９６１＇ｄＰａ、０．７５ＭＰａ，１．４４ＭＰａ，下　大，左边跨下挠０．０９２ｍ，跨中上挠０．０５５ｍ，右边跨下挠０．　缘压应力比其他３种顺序大０．８３ＭＰａ、０．６９１＇ｄＰａ、Ｉ．５３ｒｄＰａ，（１）、　０７３９ｍ，产生这样的变形主要是由于第４种体系转换顺序在　（２）、（３）体系转换顺序在各控制截面应力分布较为接近。从　中跨合拢张拉完底板钢束后就解除临时锚固，１号墩对主　各体系转换顺序所得的控制截面最大应力来看，最大应力均出　梁转动没有约束作用，在底板预应力束的作用下，中跨上　现在中跨３Ｌ／４处的上缘，且较接近，最大应力分别为１１．７　挠，与第３种施工顺序相比可以看出，临时锚固解除的工况　Ｉ￣ＩＰａ、１１．６　ＭＰａ、１１．８　ＭＰａ、１１．６　ＭＰａ。　对成桥线性有较大的影响。从满足施工过程变形看，前３　（２）成桥状态的线形分析比较　图５为４种体系转换　种施工顺序在跨中需预设较大的施工预拱度，而第４种体　顺序在成桥阶段的累计位移图，前３种体系转换顺序成桥　系转换顺序中跨的变形与后期变形方向相反，中跨可以设　主梁位移图趋势基本一致。左边跨最大位移分别为：０．　较小的甚至不设施工预拱度，只是在边跨需设较大的施工　０２９６ｍ，０．０３０６ｍ，０．０２４４ｍ，中跨一０．０３４３ｍ，一０．０４３８ｍ，一　预拱度。　维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ８　连续一刚构组合梁桥设计、施工关键问题的探讨　ｌ＿－…第１种施工顺序……第３种施工顺序ｌ　ｌ…＿－第２种施工顺序——第４种施工顺序ｆ　从对比分析结果看，第（４）种体系转换顺序所得的成桥　预应力储备最大，只是成桥累计位移较其他３种顺序大，可　Ｉ　０．０６０　０．０４０　Ｏ．０２０　０．０００　Ｍ　，、　以通过设置合理的成桥预拱度解决。体系转换顺序（１）、　（２）和（３）所得成桥内力及线形相近。显然，在施工方案满　、　／　、，、，　墓一０．０２０’　。　啼一０．０４０　０．０８０　０．１００　０．１２０　一厂口　…　；　。．—　；　、　…　＼ｒ．‘ｒ　ｃ上　足结构安全的情况下，以成桥预应力储备大，变形有利于结　构受力以及解除临时锚固对已成结构影响小为原则，可以　誊＿０．０６０　／　Ｊ　／　’　蔚而｛｝　＼ｆ　ｋ．／　判别出第（４）体系转换顺序为该类结构体系的最优体系转　换顺序。　图５成桥状态主梁位移　（３）解除临时锚固工况分析对于临时锚固，其作用是　５　结论　（１）连续一刚构组合梁兼顾了连续梁和连续刚构的优　点而摒弃各自的缺点，在结构受力、使用功能和适应环境等　方面均具有优越性。在大墩位大位移支座逐步开发和应　用、悬臂施工技术已相当成熟的前提下，只要对施工阶段进　行合理的安排，施工中采取必要的措施，大跨径刚构一连续　组合梁桥不失为受力合理的桥型。　（２）连续一刚构组合梁桥下部结构设计约束已基本放　宽至只按连续梁墩身要求设计的程度。这样本来由两个甚　至多个主墩共同承担的水平位移就大部分转移到支座上，　选择支座时必须认真计算支座要求的最大位移量，主梁两　端的水平位移也差别较大，因此对连续梁侧的伸缩装置要　求有足够的伸缩量。　（３）在记入收缩徐变影响的前提下，采用有限元方法详　细的对比分析了连续一刚构组合梁桥的４种可能的施工顺　序的对成桥状态的影响，综合比较了４种施工顺序在成桥　阶段的应力和主梁位移，并分析了４种施工顺序中解除临　时锚固对跨中主梁影响。结果表明对于三跨连续一刚构组　合桥先中跨合拢，再解除临时锚固，最边跨合拢的施工顺序　可以得到较优越的成桥内力，以及有利的成桥累计位移。　对于此类桥型的合理施工顺序同样可以采用本文的判别原　则进行分析。　参考文献（略）　保证连续梁在悬臂施工过程中的稳定性。在适当的工况解　除临时锚固，可以减小其对已成结构的影响以及操作难度。　从表２看，施工顺序（２）中解除临时锚固对结构几乎没有影　响，是由于边跨合拢后，端部支架拆除，纵向约束解除，故水　平方向的位移与剪力均被释放。解除临时锚固对施工顺序　（４）的结构影响较大，因为中跨合拢后，形成了一个超静定　结构，中跨底板预应力束以及收缩徐变和温度引起的次内　力均在解除临时锚固时释放。　表２解除临时锚固对已成结构的影响　施工顺序　墩顶剪力　０｛｝块与墩顶　跨中主梁竖　变化（ｋＮ）　（１）　（２）　（３）　（４）　相对位移（ｍ）　０．０２６９　０　０．０１４２　０．０４９０　向位移（ｍ）　０．０１５８（上挠）　０　０．００６０（上挠）　０．０８３２（上挠）　１５７９　０　５８５　１６５６　（上接第７０页）门机向前倾翻安全。　（４）实施效果门机起重臂制作安装单位为葛洲坝机械　３　社会经济效益分析　洞坪项目部技术人员合理利用了消力池边坡陡峭的地　船舶有限公司洞坪项目部，由洞坪项目部缆机队配合安装调　势，采用门机起重臂加长技术，门机安装周期很短，满足了消　试。门机起重臂制作安装完成后，项目部组织恩施技术监督　力池施工需要，为洞坪水电站提前发电赢得了宝贵的施工时　局和项目部技术人员对门机进行了负荷试验，各项技术指标　间，门机起重臂加长所产生的材料和人工费用较低，约２万　符合设计要求，技术监督局对门机核发了特种设备安全使用　元，而缩短安装工期节约的装拆费用超过１０万元，节约了施　许可证。之后该门机投入了消力池施工生产，主要用于消力　工成本。同时降低了门机安装施工难度，受到干部和职工的　池３９０高程以上岸墙砼浇筑和立模等工作，使用情况良好，　普遍好评。　并圆满完成了洞坪水电站消力池浇筑施工任务。　参考文献（略）