连续梁桥合拢及临时锁定施工方案

摘 要：连续梁悬臂施工较复杂，其最关键的一道工序就是合拢段施工，如果不通过对合拢段进行临时锁定或临时锁定不符合要求，就有可能造成合拢完成后的应力与变形不符合要求，或者在施工过程中容易出现安全问题。本文以跨呼大高速公路特大桥48 m+80 m+48 m 连续梁的合拢施工为例，对其合拢段临时锁定进行验算，以保证桥梁的顺利合拢。

关键词：连续梁；悬臂施工；合拢段；临时锁定

引言

预应力混凝土连续梁桥的成桥要经过一个复杂的悬臂施工过程，尤其是合拢过程中桥梁要经过体系转换，有可能使得合拢段及梁端悬臂端的变形和应力随着合拢段混凝土的浇筑而出现比较大的偏差，甚至超过设计允许的内力和位移，因此在主梁悬臂段施工完成以后要尽快合拢边跨和中跨，把主梁各段连接成整体，在合拢过程中，由于外界温度变化以及受施工荷载和合拢段自重的影响，在悬臂梁端产生位移，对主梁的顺利合拢产生影响，容易出现裂缝，因此在施工中常通过焊接劲性骨架和临时张拉预应力钢束来锁定合拢口。

1 工程概述

跨呼大高速公路特大桥计算跨度为48 m+80 m+48 m 连续梁，其边支座到梁的一端距离为0.75m，梁全长177.5m。梁高按二次抛物线沿纵向变化，中支座梁高为6.4m，边跨现浇段及跨中合拢段梁高均为3.6m。采用单箱室直腹板形式截面，除梁端处以外的顶板厚度均为35cm，从支座到0号块各控制截面的腹板厚度分别为48cm、60cm、70cm、100cm，底板由中跨合拢段处的40cm按二次抛物线变化至0号块处的100cm。顶板跨度11.7m，底板跨度6.4m。本桥梁体为预应力混凝土连续箱梁，采用悬臂施工，属“T”构设计，该桥一半的单元划分图如图1所示。三跨连续梁合拢顺序为：先边跨合拢，再中跨合拢。

图1 1/2结构单元划分图

2 锁定方案拟定

本桥主梁合拢顺序为：先边跨合拢（1、2），再中跨合拢（3），如图2所示。合拢段梁端的临时锁定拟定采用2[40c 槽钢组合，通过焊接劲性钢骨架来抵抗混凝土温度上升时产生的压力，张拉合拢段部分预应力钢束来抵抗温度下降时产生的拉力，以保证合拢段混凝土不被破坏。在合拢块两侧块件预埋16mm厚的钢板，沿梁断面顺桥方向埋设4 根高400 mm 的槽钢作为支撑，梁合拢段劲性骨架设计如图3所示。

图2 合拢段示意图

（a）合拢段外部支撑

（b）顶（底）板联接支撑立面图

（c）顶（底）板联接支撑平面图

图2 合拢段劲性骨架设计

3 合拢段受力分析

由于温度变化使梁体产生轴向力，故需要合拢段的临时锁定结构来抵消。梁体温度下降时，混凝土收缩，合拢段受拉，其拉力即为预应力钢束的张拉值；梁体温度上升时，混凝土膨胀变形，合拢段受压，根据其压力大小来计算刚性支撑的截面面积。

假设2#墩和3#墩无相对位移，根据变形协调原理

则：

其中N 为梁因温度升高或者降低而产生的轴向力；混凝土线膨胀系数 =1.0×10-5 ；悬臂梁段长度 =39 m，合拢段长度 =2 m；钢材的弹性模量Es=2.1×105 MPa ，混凝土的弹性模量Ec=3.5×104 MPa； 、 为第i号梁段的长度和截面面积。

当解除梁体活动支座约束后，根据温度的上升和下降使合拢段发生如下变化：当升温Δt 时，N=f×Q+Ny；当降温Δt 时N=Ny-f×Q

式中：N 为合拢段刚性支撑实际受压值；f 为支座摩擦系数；Q 为支座上的梁体重量；Ny为张拉预应力束时所需的控制力。

通过上述分析可知，根据升温时合拢段受压值来布置刚性支撑合拢段刚性支撑。在现场施工过程中，应根据实际情况，测取合拢段混凝土灌注前后的温差Δt，并由此计算外界温度下降时梁体所受温度内力，如果其值小于f×Q，则可以不必张拉或者少张拉临时预应力钢束，如果其值大于f×Q，则其预应力值必须满足混凝土抗裂要求。

4 计算分析过程

合拢段混凝土浇筑应在5 ℃-15 ℃ 时进行，并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜，故最大温差按10 ℃考虑计算。在桥墩位置设置临时固结，临时固结长度取1.5m，各梁段截面特性如表2 所示。先计算中跨合拢段，假设2#和3#墩无相对位移，则根据变形协调原理，得：

（1）

将中跨长度L=80 m，温差Δt=10 ℃代入式（1）得N=66878 kN。由于温度应力超出刚性支撑所能承受的范围，故需在张拉边跨合拢钢束之前将4#墩顶的活动支座约束释放。在边跨合拢钢束张拉后解除3# 和2# 墩的临时固结装置。此时，箱梁混凝土由于温度上升（下降）引起的热胀变形（冷缩变形）所产生的压力（拉力）会因活动支座的释放而损失一部分。支座所受的摩擦力即为箱梁因为温度变化而承受的轴力值。

边跨合拢时梁重Q=580kN，边跨合拢过程中混凝土与边跨模板之间的摩擦系数取0.15，则边跨合拢所受摩擦力N=87kN；边跨合拢后梁重取为双悬臂结构重与合拢段重和边跨现浇段重之和，即Q=47040.95kN，中跨合拢时活动支座与主梁之间的摩擦系数取为0.05，则中跨合拢所受摩擦力N=2352.05kN，故劲性骨架受压承载力和临时预应力钢束张拉值应为2352.05kN。根据现场的实际施工情况，在梁断面沿纵向两边预埋设16mm厚的钢板，在其上沿梁向焊接2[40c 槽钢。

（1）劲性钢骨架验算

根据槽钢[40C 截面特性可得Am=180.44cm2，通过计算可得槽钢2[40C 截面组合后最大临界力[N]=Φ×Am×[f]=2877.3KN。每个合拢段总共设置4 根槽钢组合，则受压承载力N=11509.2 kN>2352.05 kN满足安全，其安全贮备K为4.893

（2）预应力钢束张拉值计算

边跨合拢过程中张拉底板束B14（15-7Φ5）左右各一束，顶板束T13（15-7Φ5）左右各一束；中跨合拢过程中张拉底板束B1（15-7Φ5）左右各一束，顶板束T12（15-7Φ5）左右各一束；则张拉力为：2352.05kN/4=588kN

5 结论

合拢结束后，全桥线形未出现大的偏差符合规范及设计要求；合龙段与悬臂连接处未出现裂纹，则该方案所采取的技术措施确实可行，可为其他连续梁合拢施工提供参考。

参考文献：

[1]申世峰，孙灵芝. 武宜运河大桥悬浇箱梁合拢段临时锁定分析[J]. 山东交通科技，2004，04：11-13.

[2]林哲. 刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算[J]. 企业技术开发，2009，04：54-57.