悬臂浇筑连续梁合龙方式的优化调整

赵国庆

【摘 要】水阳江特大桥跨水电站库区连续梁施工中为减少水中搭设膺架体系的不利影响,通过设计方案优化,减小边跨现浇段长度、调整梁体合龙顺序.对优化方案进行有限元建模仿真,计算分析各工况下梁体的应力、变形情况及最不利工况所在的施工阶段,对桥梁施工过程中的几个不利阶段采取了相应的施工控制措施.成桥结果显示该连续梁在施工过程中的各个阶段控制良好,合龙偏差及梁体线形均满足规范要求.%In the course of the construction of the continuous beams of the Shuiyangjiang River Mega Bridge crossing the reservoir district of the water power station, the unfavorable effects of building scaffolding systems in water are decreased by optimizing the original design scheme, reducing the length of the site-cast section of the side span and adjusting the closure sequence of the beam bodies. The optimized-scheme-related beam bodies are modeled and simulated with the help of the finite element analysis software, with the stress and the deformation

circumstances of the beam bodies in various construction conditions, and the construction stages in the most unfavorable construction conditions calculated and analyzed, upon the basis of which the corresponding control measures are taken for the stages in unfavorable construction conditions in the course of the bridge construction.The result of bridge formation shows that the continuous beam is well controlled at various stages of the bridge construction,and both the closure error and the

alignment of the beam body are found up to requirements of the Technical Specifications.

【期刊名称】《国防交通工程与技术》 【年(卷),期】2018(016)003 【总页数】5页(P46-50)

【关键词】连续梁;优化设计;合龙方式;有限元分析;施工监控 【作 者】赵国庆

【作者单位】中铁六局集团天津铁路建设有限公司,天津 300000 【正文语种】中 文 【中图分类】U445.4

1 工程概况

新建商合杭高速铁路水阳江特大桥全长15.4 km，位于安徽省宣城市境内，该桥于1～192#墩上跨水电站蓄水库的东侧堤岸道路，桥梁结构设计为

(40+56+40)m预应力混凝土连续梁。连续梁设计采用“通桥(2015)3268A”连续梁标准图，悬臂浇筑施工，除两个0#段以外，每个悬臂端有6个悬浇段，采用挂篮悬浇施工；边跨现浇段长11.75 m，采用膺架现浇法施工；另有2个边跨合龙段和1段中跨合龙段。

该梁跨度较小，最高桥墩为1#墩19.35 m，结构施工工艺难度虽然不大，但由于是上跨水库堤岸，所以该连续梁1#、190#两座桥墩位于水库内，库区水位稳定，常年水深6～7 m。特别是1#墩处的边跨现浇段长度为11.75 m，水中

施作膺架体系桩基础、搭设现浇膺架体系难度较大，水上作业、深基坑施工、水域污染等风险较大，工程主体和施工措施的成本较高。 2 设计优化方案

为了减少水中搭设膺架体系所带来的安全、质量、工期、成本等方面的不利影响，设计单位对原设计进行了优化：将原设计的边跨现浇段长度由11.75 m缩短为4.95 m，边跨现浇体系由原膺架法改为在墩顶安装三角托架的支撑方式，边跨托架可利用0号段现浇托架，在墩身两侧对称安装，并在边跨现浇段浇筑时同步添加配重，以防止墩身偏载带来的不利影响；在两侧边跨悬浇段6#段后增加6A#、6B#两个悬浇段，每段长度3.4 m；合龙顺序由原设计的先边跨后中跨，改为先中跨合龙，然后悬臂浇筑6A#、6B#两个悬浇段，最后进行边跨合龙(如图1、图2所示)[1-3]。

通过设计方案优化，减小边跨现浇段长度，解决了水中搭设膺架体系的难题。施工顺序原设计为：悬浇段施工→边跨现浇段施工→边跨合龙→解除临时固结→中跨合龙；经过优化后施工顺序调整为：悬浇段施工→中跨合龙→解除临时固结→边跨增加两个悬浇段(6A#、6B#块)→边跨现浇段浇筑→边跨合龙。 3 结构受力及变形分析

优化后的连续梁调整了合龙顺序和位置，减小了边跨现浇段长度，增加了两个悬浇段，梁体内部预应力束的数量位置也进行了相应调整，从而使得梁体内部应力和挠度变形发生改变。为了更好的控制施工过程，首先通过MIDAS/Civil软件对梁体进行有限元建模分析，模拟各阶段自重、预应力、混凝土收缩、施工荷载等基本工况对结构产生的内力和变形影响。

设计优化后，1～6#悬浇段结构和原设计基本相同，预应力调整变化不大；主要有变化的施工阶段是从6#块悬浇完成后中跨合龙开始，直到边跨合龙完成。这其中主要分为三个施工阶段：中跨合龙阶段(含解除临时固结)，6A#、6B#块悬浇阶段，

边跨合龙阶段。

图1 原设计：先边跨后中跨合龙，现浇段采用膺架体系

图2 优化后：先中跨后悬浇再边跨合龙，现浇段采用三角托架体系 3.1 主梁中跨合龙阶段分析 3.1.1 中跨合龙前

悬浇6#块结束后，梁体对称浇筑，临时固结尚未解除，所以梁体应力及变形与原设计变化不大。最大应力为-11.1 MPa,位于0#块上缘；最大累计变形6.2 mm，位于5#节段(如图3所示)。 图3 中跨合龙前应力及变形 3.1.2 中跨合龙后

中跨合龙后，解除0#块临时固结，该阶段梁体由两个的悬浇T构转换成双悬臂简支梁结构，完成第1次体系转换。由于结构体系发生变化，梁体内力也会随之变化(如图4所示)。

从计算结果看出，体系转换后，梁体上缘应力变化不大，应力变化最大处位于中跨合龙段处梁体下缘，最大应力值为-9.4 MPa；梁体跨中位置变形33.6 mm，悬臂端6#块位置变形-41.3 mm。

由此可见，该阶段梁体应力变形明显体现了双悬臂简支梁的特点,主梁中跨出现上挠变形、边跨出现下挠变形。 图4 中跨合龙后应力及变形 3.2 悬浇段施工阶段分析

中跨合龙完成后，经过第1次体系转换，梁体应力和变形已经按照双悬臂简支梁的结构特性变化。此后在两端悬浇的阶段，梁体的应力和变形也继续按照跨中上拱、悬臂端下沉的结构特性发展，应力和变形值逐渐增大。 3.2.1 悬浇段6A#施工

当进行6A#块悬浇时，梁体跨中位置会产生25.2 mm上拱变形，悬臂端位置则产生-.6 mm下沉变形；6A#段张拉阶段，跨中位置产生-15.6 mm下沉变形，悬臂端位置产生27.1 mm上升变形。此阶段累计变形跨中位置43.2 mm、悬臂端位置-68.8 mm(如图5所示)。 3.2.2 悬浇段6B#施工

悬浇6B#块时，梁体按照6A#块施工阶段的变化趋势继续发展，悬臂浇筑阶段，跨中位置产生24.7 mm上拱变形，两侧悬臂端产生-.8 mm下沉。6B#块张拉阶段，梁体跨中位置变形会下降-2.5 mm，悬臂端上抬11.7 mm，此时，梁体应力达到最大值为-15.1 MPa,位于中跨下缘跨中位置。边跨合龙前累计变形为：跨中位置上拱变形65.4 mm(其中由梁体恒载产生的挠度变形为34.4 mm)；两侧悬臂端下沉变形-121.9 mm(其中由恒载产生的挠度变形为-48.7 mm),如图6所示。 图5 悬浇段6A#施工阶段变形(单位：mm) 图6 悬浇段6B#施工阶段应力及变形 3.3 边跨合龙阶段

边跨合龙前，要采用劲性骨架锁定并张拉临时预应力束，保证合龙施工阶段梁体悬臂端基本不会产生变形。合龙段预应力张拉后解除劲性骨架锁定，梁体完成2次体系转换，由双悬臂简支梁结构转换为三跨连续梁结构。边跨合龙段完成后，梁体内力按照连续梁结构特性发生变化(如图7所示)。 图7 边跨合龙后主梁应力(单位：MPa)

此阶段，梁体上缘应力最大处为两个支座位置附近，最大应力-10.2 MPa；梁体下缘应力分布主要为三跨跨中应力值较大，中跨跨中位置为最大值-10.7 MPa，梁体应力计算结果满足规范要求。 3.4 综合分析

通过以上分析得出结论：梁体在结构自重、预应力、混凝土收缩徐变、挂篮模板重

量、施工人员机具等荷载作用下，考虑温度、风荷载、施工冲击荷载等方面的影响，该梁体受力最不利情况出现在6B#悬浇段施工阶段，应力最大值-15.1 MPa，中跨变形值为65.4 mm，悬臂端变形值为-121.9 mm。此时由于梁体按照双悬臂简支梁结构受力特点发生变化，悬臂段长度最长，梁体产生最大弯矩，所以梁体应力和变形也达到了最大值。 4 施工控制措施 4.1 调整模板预拱度

调整模板预拱度需要考虑两个方面因素：一是由恒载(包括梁体自重、预应力、混凝土收缩徐变等)所产生的部分变形，这种变形是永久存在，需要通过变形预测和实际监控逐段调整模板预拱度来消除；二是由施工荷载所引起的梁体弹性变形，施工过程中梁体在临时荷载作用部位会产生下挠变形，但是当临时荷载卸载后，梁体相应部位会产生上翘趋势。在计算模板预拱度时要考虑所有参与作用的荷载位置和加卸载时间变化，以此来提取每个块段的预拱度值，施工过程按照预计的临时荷载布置形式和作用时间来控制加载和卸载，保证预拱度设置的准确性。 4.2 设置梁体平衡配重

平衡配重是为了消除梁体所受荷载不对称而引起的应力和变形。该梁最主要是由于边跨与中跨荷载不对称，包括6A#和6B#两节段自身混凝土重量以及施工荷载引起的不平衡，从而造成中跨过度上挠、悬臂边跨过度下挠的情况。为了解决此问题，需要在之前建模计算的基础上，选择中跨合龙至边跨合龙阶段，对梁体模型施加配重荷载。按照预计的可实施的各节段施工时间合理设置梁体配重加载和卸载时间，并且考虑配重加载对梁体产生的徐变变形，以此模拟计算各种荷载作用对成桥的影响，计算各阶段梁体应力和变形在满足规范要求的情况下所需要设置的配重方式，确保成桥后内力和线形均符合规范要求。

通过计算得出，需要在6B#段浇筑前和边跨合龙前分两个阶段加载配重，加载范

围是中跨两个6#块和中跨合龙段共10 m范围内平均分布，第1次加载50 t，第2阶段加载100 t(如图8所示)。 图8 中跨平衡配重调整梁体变形

在边跨合龙前，中跨合龙段10 m范围内配重150 kN/m荷载，以此抵消因梁体荷载不对称所引起的变形。配重加载后要尽快施工，尽早卸载，避免混凝土长时间承受荷载引起的徐变变形。 4.3 浇筑阶段等量换重

浇筑合龙段前要在合龙段旁设置与合龙段重量相当的临时配重，并监控梁体高程和调整好模板标高。在合龙段浇筑混凝土时，根据混凝土浇筑量逐渐卸载压重，以此荷载等量替换混凝土重量，避免因合龙段混凝土自重荷载导致梁体变形。 5 实施效果

通过优化设计，有效降低了施工难度，减小了安全风险，减少了环境污染，而且由于由膺架体系改为三角托架，节省膺架体系钻孔桩基础混凝土60 m3，减少钢结构工程钢材用量50 t以上，大大降低了工程成本。

施工过程中，按照事先的计算分析和制定的控制方案开展施工，并且结合现场监控动态调整控制措施，取得了良好的效果。现场实际监测结果：中跨合龙偏差为6 mm，边跨合龙偏差最大11 mm；成桥后中跨各点高程偏差≤9 mm，边跨各点高程偏差≤12 mm，均满足施工规范要求。 参考文献

[1]付 慧.高速铁路桥梁工程施工技术[M].北京：中国铁道出版社，2014 [2]张继尧.悬臂浇筑预应力混凝土连续桥[M].北京：人民交通出版社，2004 [3]项海帆.桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社,2001