摘要：合拢顶推力对于大跨径连续刚构桥的合拢施工、成桥受力、主墩变形具有重要的调控作用。本文基于设置连续刚构桥合拢顶推力的重要作用，提出了优化合拢顶推力的控制参数、控制目标及原则。以具体工程为例，详细计算了设计合拢顶推力；并根据假设场景，进行了合拢顶推力调整计算；计算结果可靠，验证了本文合拢顶推力优化方法的准确性。
关键词：连续刚构桥；顶推力；优化；位移
Closure Jacking Force Optimization Method of Long-span Continuous Rigid Frame Bridge
WU Di，SONG De-ya
Abstract：Closure jacking force of long-span continuous rigid frame bridge has an important regulatory role for closure construction，stress of completed bridge and main bridge piers deformation.This article is based on the important role of closure jacking force of long-span continuous rigid frame bridge，putting forward the control parameters，control objectives and principles of optimization method.In the case of specific project，calculate the designed closure jacking force.And according to the what-if scenarios，calculate the adjusted closure jacking force.The result of calculation is reliable，verifying the accuracy of optimization method of closure jacking force in this paper.
Keywords：continuous rigid frame bridge；jacking force；optimization；displacement
1.简介
随着中国桥梁的大规模建设，连续刚构桥由于其优越的受力性能，良好行车舒适性，整体刚度大，造价低，施工技术成熟等优点被广泛的采用。与此同时，连续刚构桥也存在相应的病害；特别是大跨径连续刚构桥常常出现跨中下挠严重、箱梁腹板斜裂缝、底板纵向裂缝以及跨中底板横向裂缝等病害。连续刚构桥合拢顶推力正是基于这些病害，为使得桥梁在运营期间整体受力性能更加合理，有害变形减小而被大量应用[1-3]。
连续刚构桥合拢顶推力优化的控制参数主要包括：连续刚构桥合拢后跨中截面的应力；连续刚构桥跨中合拢时的温度；连续刚构桥主墩墩底截面的弯曲应力；桥梁运营以后，经过十年的收缩、徐变及塑性变形墩顶处箱梁截面的纵向位移量。
2.连续刚构桥合拢顶推力优化步骤及原则
基于连续刚构桥合拢顶推力的主要控制参数，在确定合拢顶推力时主要遵循的步骤及原则：一是确定主梁的合拢温度、桥位区最热月平均气温、最冷月平均气温；二是确定体系升温温度、体系降温温度；三是根据连续刚构桥梁十年的收缩、徐变及塑性变形后墩顶处箱梁截面的纵向位移确定主墩的预偏量，进而初步确定合拢顶推力；四是将初步确定合拢顶推力与体系升温进行组合，验算连续刚构桥主墩墩底截面的弯曲应力是否超限；五是超限，则减小合拢顶推力，重复以上验算步骤。
3.顶推力优化的理论基础
连续刚构桥合拢顶推力的施加对于刚构桥的贡献主要表现在：一是合拢施工阶段，顶推力的施加保证合拢段混凝土具有一定的预压应力，防止由于施工荷载及温度降低的影响产生合拢段混凝土裂缝；二是跨中合拢以后，顶推力的设置一定程度上增加了主梁的预压应力，能够延缓箱梁腹板斜裂缝、底板纵向裂缝以及跨中底板横向裂缝等病害的出现时间，降低主梁裂缝数量；三是减小体系降温对连续刚构桥主梁预压应力及主墩纵向位移的不利影响；四是给予主墩一定的纵向预偏移量，确保连续刚构桥运营十年以后主墩基本保持竖直，不产生较大的向跨中测偏移量；同时合理限制了主墩墩底截面的弯曲应力。
4.优化算例
4.1桥梁结构形式及参数
某铁路客运专线一座预应力混凝土连续刚构特大桥，上部结构形式为1联（88+168+88）m变截面预应力混凝土单箱单室梁；梁顶宽12m，底宽8m；顶板厚度为62cm，边跨端块处顶板厚度由62cm渐变至100cm，腹板厚度为50～110cm，底板厚度52～110 cm；除0号块外其余梁段梁底按二次抛物线变化；梁体在支座处设置横隔板，全联共设6道横隔板。群桩基础，采用刚度较大的箱型主墩，墩高分别为89.3m、102.8m。采用悬臂浇筑法施工，主要施工阶段为：桩基础及承台施工
墩柱施工
墩顶主梁0号梁段施工
主梁悬臂浇筑
支架施工边直段
中跨合拢
边跨合拢
施工桥面及附属工程
成桥。
主梁混凝土强度等级为C55，封锚混凝土采用C55收缩补偿混凝土；主墩混凝土强度等级为C50；主梁采用纵向、横向、竖向三向预应力混凝土结构，纵向及横向预应力钢绞线采用抗拉强度标准值为
、弹性模量为
，公称直径为15.2mm高强度、低松弛钢绞线，竖向预应力筋为
精轧螺纹钢筋。
4.2建立有限元模型
根据以上设计资料，建立该连续刚构桥Midas有限元计算模型；包含150个节点，135个单元，350束横向及纵向预应力钢束，77个施工阶段。
4.3 确定顶推力控制参数及设计顶推力
根据桥位区常年温度统计数据取主梁合拢温度为12℃进行设计，体系升温18℃，体系降温16℃；跨中截面预压应力值在满足施工可行性、易操作性、经济性的前提下，尽可能提供较大的预压应力；主墩为C50钢筋混凝土结构，墩底截面弯曲拉应力限值为1.8
。
根据连续刚构桥有限元计算模型，得出运营十年后主梁收缩、徐变产生的主墩墩顶截面纵向位移量分别为向跨中侧偏移14.2mm、18.3mm；由此推算出：当设计中跨合拢温度为12℃时，合拢顶推力为200t。经验算该顶推力满足顶推力优化控制目标及施工要求。
4.4 合拢顶推力的调整方法
设计的中跨合拢温度为12℃，此时的顶推力为200t。假设大桥由于工期拖延，导致合拢时的实际温度为3℃。与设计合拢温度相比较，降低9℃；合拢温度相差较大，由此产生的影响不能忽略，需进行中跨合拢顶推力调整。
顶推力调整思路：在上文顶推力控制目标的基础上，使得墩顶处截面10年收缩徐变后的位移量在合拢温度变化前后相同。
顶推力调整过程：以设计计算模型为基础，建立降温静力工况，降温幅度为9℃；以墩顶截面为观测截面，计算降温静力工况下墩顶截面的位移变化值。此时对应的墩顶位移变化值即为确定合拢顶推力的依据。
计算结果：在静力降温工况作用下，两侧墩顶截面均向跨中偏移，偏移量分别为5.7mm、7mm。以墩顶处截面10年收缩徐变后的位移量在合拢温度变化前后相同为依据，反算求得此时的合拢顶推力为134t。
综上所述，合拢顶推力的调整结果为：合拢温度为3℃时，合拢顶推力为134t。
通过以上顶推力的确定及调整过程不难得出：合拢顶推力与主墩两侧相对位移存在一一对应的关系；因此在施工过程中，可以通过相对位移对合拢顶推力进行校核。
5.结论
合拢顶推力对于大跨径连续刚构桥的合拢施工、成桥受力、主墩变形具有重要的调控作用。本文基于设置连续刚构桥合拢顶推力的重要作用，提出了优化合拢顶推力的控制参数、控制目标及原则。以具体工程为例，详细计算了该桥的设计合拢顶推力；并根据假设场景，进行了合拢顶推力调整计算；计算结果可靠，验证了本文合拢顶推力优化方法的准确性。
参考文献：
[1]邹毅松，单荣相.连续刚构桥合龙顶推力的确定.重庆交通学院学报，2006（2）
[2]胡清和，邓江明，周水兴等.多跨连续刚构桥顶推合龙方案研究.中外公路，2009，29（3）
[3]张超，周东久.水磨湾特大桥合龙段预顶推施工[J].中外公路，2005（3）
论文作者:吴迪,宋得亚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/22
标签：推力论文; 截面论文; 位移论文; 应力论文; 温度论文; 纵向论文; 裂缝论文; 《基层建设》2018年第5期论文;