摘要：针对某连续刚构桥实际情况，拟定两套合龙顶推力方案，采用有限元法对不同方案的顶推力施加效果进行分析对比，最后得出第二套方案更为优化，可作为实际工程的首选方案。
关键词：连续刚构桥；合龙；顶推力
连续刚构桥具有外观良好、施工简单和整体性好等优势，在当前的高速公路工程建设中使用广泛。但刚构桥在合龙以后，由于存在收缩、徐变的效应，易使主梁变形或墩身发生水平方向的位移，导致桥墩整体应力变大。对此，需在合龙以前施加一定顶推力来改善受力。
1工程概况
某特大刚构桥总长1791m，其主桥跨径为66m+120m+120m+120m+120m+120m+120m+66m，采用连续刚构形式。主桥分左、右两幅，主梁为单箱单室箱形截面，主梁高度与底板厚度变化均符合二次抛物线。T构根部与跨中梁高分别为700cm、310cm。顶、底板宽度分别为1200cm和650cm。每个T构均分18段进行浇筑，其中，0#段总长1300cm，1#-3#长250cm，4#-11#长300cm，12#-17#长350cm；边跨长度为500cm；中、边跨的合龙段长度均为200cm。在22#-28#墩之间共有7个T构，采用对称悬臂法进行现浇施工，边跨采用吊架进行浇筑施工，长度500cm。其中，22#-28#为主墩，采用变截面空心墩形式。墩两肢的中心间距为700cm，墩壁厚度为60cm，墩顶尺寸350 cm×700cm，中部尺寸300 cm×700cm。
根据工程实际情况，现确定以下两套合龙方案：第一，（1）采用吊架进行施工，对21#-22#以及28#-29#墩边跨进行合龙；（2）向24#-25#以及25#-26#主墩施加一定顶推力，设为X1，同时进行合龙；（3）向23#-24#以及26#-27#主墩施加一定顶推力，设为X2，同时进行合龙；（4）向22#-23#以及27#-28#主墩施加一定顶推力，设为X3，同视进行合龙，至此即可形成整体刚构桥。第二，（1）采用吊架进行施工，对21#-22#以及28#-29#墩边跨进行合龙；（2）向24#-25#以及25#-26#主墩施加一定顶推力，设为X1，同时进行合龙；（3）对22#-23#以及27#-28#主墩进行合龙；（4）向23#-24#以及26#-27#主墩施加一定顶推力，设为X2，同时进行合龙，至此即可形成整体刚构桥[1]。
2有限元模型构建与顶推力设计要点
2.1模型构建
模型构建由MIDAS Civil 2015完成，整桥所划单元及节点个数分别为1030个和1045个。主梁两端均视作滑动支座，桥墩底部为标准弹性支承，其刚度需按照现有地质资料对桩基-土体协同作用进行计算而定。由于采用混凝土结构，故其收缩、徐变需按照现行设计规范进行计算，考虑到收缩徐变大多在成桥5年以后才能保持稳定，因此认为5年后桥梁收缩徐变可以达到稳定，以简化后续分析计算。
2.2顶推力设计
确定合适的顶推力来完成合龙，是桥梁设计工作关键环节，如果顶推力较低，则无法发挥改善结构受力的作用，而顶推力较大时，会造成墩身开裂。对连续刚构桥而言，引起合龙方案较多，所以存在不同类型的顶推相关问题，我国许多专家学者针对这一问题开展了分析研究，给出多种计算设计方法。
如：对顶推力大小和位移之间的相互关系进行推导，同时分析由顶推力施加引起的各类其它效应，但计算时没有考虑徐变效应受顶推力施加的影响；在施加一定顶推力之后，箱梁中的应力将发生重分布，这能对跨中下挠与箱梁开裂等常见问题进行改善；施加一定顶推力能使墩底部的设计受力得到改善；对各顶推力条件下主梁发生的水平方向位移进行分析，研究不同合龙温度对梁体发生的纵向变形以及顶推力造成的影响；分析刚构桥合龙作用力改进计算与高温环境下的合龙优化措施；采取消除主梁上拉力以及消除墩顶部水平方向的位移两类方法计算出顶推力大小，同时还对这两类方法实施了综合对比；对顶推力计算方法进行改进，对比墩身内力及顶推力，得出施工中将顶推力严格控制在可以消除70%左右收缩徐变即可的结论；通过对墩顶部实际水平方向的位移的有效控制来找出适宜的合龙顺序，并确定最佳的顶推力数值，同时采用的不同方案进行综合对比[2]。
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虽然在研究上取得了一定进展，但顶推力的确定依然有很大难度，现结合以上实例，对顶推力设计确定做如下分析。因本项目顶推采用完全对称的方法，第一套方案涉及三种顶推力，而第二套只涉及两种。将22#、23#、24#、26#、27#、28#墩的边、中跨侧肢顶、底部截面作为控制截面。
2.2.1第一套合龙方案
该方案的顶推力最初取值为1000kN，根据X0=[1000 1000 1000]T要求完成迭代计算。在完成四次迭代以后，顶推力实际误差最大值在0.5%以内时停止迭代，通过优化处理的顶推力可表示为X1=[1250 1380 1720]T。从墩顶部的总水平位移可以看出，不同阶段的实际没有明显差别，通过对顶推力的施加，并不能使主梁内力受到较大的影响，水平方向上的位移差主要轴向收缩徐变影响，故顶推力对水平方向的位移而言，没有明显的影响。除25#墩以外，X1条件下成桥后墩顶部都存在向边跨侧方向的水平位移，说明即使成桥后墩顶部实际位移达到0，也难以保证桥墩受力进入最佳状态。从各墩施加和未施加X1的应力对比结果看，因计算时设定了一定约束条件，所以在施加X1以后，每个阶段实际应力都能保持在允许范围中。与未施加X1相比，施加X1后在合龙过程中墩身截面上缘和下缘的应力差明显增大，而进入稳定状态后，应力保持均匀。
顶推力的施加会使主梁与墩身的内力发生变化，最终使徐变效应改变。经计算可得，收缩徐变结束后，考虑顶推力施加引起的徐变效应与否，两者的主梁应力实际变化幅度在-0.7～+0.5MPa范围内，总变化低于12.2%。最大变化产生于边跨的跨中，而中跨发生的应力变化小于5.0%。桥墩受顶推力引起的徐变应力在-1.1～+1.1MPa范围内，考虑到桥墩本身应力相对较小，徐变应力将占据较大比例，所以在计算时必须予以考虑。从恒、活载组合作用条件下的截面最不利应力统计结果看，在施加一定顶推力之后，墩身最大拉应力显著增大，同时上缘与下缘的应力可以保持均匀。
2.2.2第二套合龙方案
该方案仅涉及两种顶推力，最初取值同为1000kN，根据X0=[1000 1000]T要求完成迭代计算。在完成四次迭代以后，顶推力实际误差最大值在0.3%以内时停止迭代，通过优化处理的顶推力可表示为X1=[500 3200]T。
其结果与第二套合龙方案相似，施加顶推力与否对达到成桥状态后的墩顶部实际水平位移没有太大影响。在进行顶推施工时，墩身拉应力不能超过2.5MPa，在达到成桥状态时，即收缩徐变保持稳定，22#、23#、27#与28#四个墩的顶部都发生向边跨方向的位移，位移量分别为0.094m、0.087m、0.094m与0.105m。收缩徐变结束以后，考虑顶推力施加引起的徐变效应与否，两者的主梁应力实际变化幅度在-0.5～+0.5MPa范围内，总变化低于10.9%。最大变化产生于22#-23#以及27#-28#跨中。桥墩受顶推力引起的徐变应力在-1.1～+1.1MPa范围内，考虑到桥墩本身应力相对较小，徐变应力将占据较大比例，所以在计算时必须予以考虑。从恒、活载组合作用条件下的截面最不利应力统计结果看，该方案相较于未施加顶推力，墩身的拉应力最大值从最初的-4.9MPa降低至-2.9MPa，而且截面上缘与下缘的应力保持均匀，说明应力状态得到有效改善[3]。
当合龙温度的实际值和设计值有较大差异时，仅需在计算时对活载截面应力进行改动，就能得到优化以后的顶推力。若采用第二套合龙方案，当合龙温度的实际值和设计值相差5℃时（前者高于后者），可采用以下优化后的顶推力：X1=[732 3840]T。
3结束语
通过以上分析可得，相较于第一套合龙方案，第二套方案在对23#-24#以及26#-27#主梁进行合龙以前，可以形成三个相互独立的框架，而且都具有一定整体刚度，能为顶推时的整体稳定性提供保障，但需要适当增大顶推力。此外，第一套方案需要三次顶推才能成型，而第二套仅需要两次，有助于减少顶推施工量。因此，相对而言，第二套方案优于第一套，应作为优先考虑对象。
参考文献：
[1]熊慧娟.大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术[J].建材与装饰，2018（03）：255-256.
[2]胡琪.大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术[J].价值工程，2017，36（18）：121-123.
论文作者:王明明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/28
标签：推力论文; 应力论文; 位移论文; 方案论文; 截面论文; 桥墩论文; 水平论文; 《基层建设》2018年第8期论文;