多跨连续梁拱组合桥梁施工关键技术探讨.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言近年来，随着桥梁工程技术的发展，桥梁结构形式更加复杂化、多样化，建设跨度逐渐增大。多跨连续梁拱组合式桥梁的问世，有效解决了软土地区拱桥病害高发的问题，受到了业界人士的一致认可。现阶段，随着对此种桥梁结构形式研究的不断深入，其施工技术更加完善，应用更加广泛。但由于桥梁结构形式复杂，施工中存在的限制因素较多，不仅要考虑现场施工环境、施工机械、施工工艺等因素，还应综合桥梁具体结构特点，利用计算机模型及实测数据对桥梁结构进行受力分析，对梁拱组合桥梁施工质量控制具有重要意义。目前，各国业界专业人士针对桥梁运营阶段的研究较多，但针对施工阶段的力学性能研究却寥寥无几，因桥梁跨度较大，结构复杂，施工中运用工程机械较多，材料重量较大，任何环节控制不到位均会影响桥梁结构施工质量，因此积极研究桥梁施工阶段关键技术尤为重要。1 工程概况某桥梁工程设计跨径（75+2125+160+2125+75）m，总长度810 m，主桥结构形式为下承式七孔连续梁柔性拱结构。桥梁上部结构为变截面箱梁，设计宽度33.5 m。中孔内设置四管式双肋拱，内部利用强度等级为 C50的微膨胀混凝土封堵，与系梁组成整体受力体系，共同承受荷载作用，并在每孔拱肋部位布设5道横向支撑，以增强整体稳定性。桥梁整体结构形式为“刚梁柔拱”，通过悬臂浇筑技术完成系梁施工，但因桥梁自身结构跨数限制，A孔跨中部位33 m范围内通过悬臂浇筑技术无法完成施工。为最大限度确保工程质量和施工安全，对支架法、布设斜拉索法、设置体外索法3种施工方案进行综合比较，最终确定该区段采用支架法进行施工。拱肋钢管安装通过现场吊装设备辅助完成合龙拼装，并浇筑钢管混凝土。该桥梁工程结构复杂，实际施工时存在如下问题：中孔现浇部位支架卸落时机会影响主梁结构强度和承载力，应结合力学性能分析确定最佳卸落时间；由于边跨主梁为单侧施工，施工中需增设配重确保主梁受力平衡，后续配重拆除时机严重影响结构受力状态，应分析配重拆卸时间；多跨连续梁结构施工时，应按标准顺序拆除墩顶临时固结，如拆除不当，则会造成梁体变形，因此需分析其拆除顺序；吊杆张拉施工质量直接决定结构整体的安全及进度，实际施工中应科学分析吊杆张拉顺序及次数。为此，文章结合上述问题进行综合探究，并提出合理化建议。2 有限元模型采用MIDAS Civil系统构建该桥梁整体有限元模型，对桥梁施工阶段进行综合模拟，对各个连接的受力状况进行了详细计算。主桥系梁、主拱肋、腹杆等采用梁单元模块模拟，而吊杆采用桁架单元模块进行仿真；采用弹性支承模型，对其支座的支承系统进行仿真分析。在32#墩的上部设置了固定支座，其余的墩顶上设置了可移动支座，本项目分为梁单元构件8 631项，桁架单位构件158项。3 施工关键技术问题分析3.1 A孔现浇段支架卸落时间桥梁结构主梁整体合龙后，需将A孔33 m现浇段支架卸落。为科学确定A孔现浇部位支架卸落的最佳时机制定了如下两种拆除方案：方案一：主梁合龙完成后，进行支架卸落，并对吊杆实施张拉作业，施加预应力至设计标准，连续梁收稿日期：2023-06-13作者简介：王国永（1987），男，贵州威宁人，工程师，从事道路与桥梁施工工作。多跨连续梁拱组合桥梁施工关键技术探讨王国永（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001）摘要：为对多跨连续梁拱组合桥梁施工关键技术进行研究，结合某多跨连续梁拱组合体系桥梁工程实例，通过有限元模型对桥梁先梁后拱施工方法进行分析，科学模拟平衡悬臂浇筑及支架现浇技术等施工过程，确定了现浇段支架卸落最佳时间、边跨配重卸载最佳时间、临时锚固放松顺序及吊杆张拉顺序和次数等相关指标，总结了施工关键技术要点，为同类工程提供参考。关键词：梁拱组合体系；悬臂浇筑；有限元分析；吊杆张拉中图分类号：U445.4文献标识码：B165总652期2023年第22期（8月 上）在随后的拱肋施工过程中，承担了所有的临时荷载。该方案将各个结构的受力状况进行了清晰地划分。方案二：拱肋合龙后，先对吊杆施加预应力至设计值，然后卸落支架，由支架承担后续施工产生的全部临时荷载作用。采用此方案能将现浇段产生的荷载经支架传递至拱肋和主梁结构，具有分散荷载的作用。为全面了解两种方案中桥梁主梁结构受力及变形情况，对其合龙浇筑完成结构进行力学分析。1）方案一中自主梁合龙至支架卸落完成，整个施工过程主梁弯矩发生显著变化，正、负弯矩峰值分别为 4105kNm 和 7105kNm；方案二中主梁弯矩变化幅度较小。2）方案一中主梁弯曲变形显著，形变量为-4520 cm；而方案二中主梁弯曲变形较小，形变量为-71 cm。3）方案一因支架卸落前吊杆未施加预应力，连续梁需承受所有施工荷载，使主梁结构受力急剧增加，变形量突增，严重降低施工质量，影响结构安全。因此，确定支架卸落时间按方案二执行。3.2 配重卸载时间该桥在C孔部位设置了拱肋，在主梁的上部设置了吊杆，而在侧跨没有设置横梁。因此，在30#和35#桥墩上部悬浇边跨和C孔的施工中，为了保证桥墩的受力均衡，根据等力矩原理，在适当部位施加3 280 kN临时荷载，为确保施工方便，应在施工中择机卸载配重体系。因临时荷载较大，为最大限度确保施工安全，应根据实际施工情况确定配重卸载的最佳时机。1）初步确定四种配重卸载方案，具体情况如下：方案一：边跨合龙后，卸载配重体系；方案二：C孔合龙后，先解除30#、35#墩墩顶临时锚固，然后再卸载配重体系；方案三：B孔合龙后，先解除31#、34#墩墩顶临时锚固，然后再卸载配重体系；方案四：A孔合龙后，先解除32#、33#墩墩顶临时锚固，然后再卸载配重体系。2）严格按照四种配重卸载方案进行模拟试验，分别得出主梁结构在配重卸载时和成桥状态下的弯矩、变形情况。3）方案一工况下主梁弯矩变化最大，达7104kNm，主要是由于此方案配重卸载是在单悬臂状态下完成的，结构刚度不足，因此产生较大内力作用；方案二、三、四工况下，主梁弯矩逐级递减。四种方案主梁变形量相对较小，其中方案一、二工况下变形量为 0.9cm，方案三、四工况下变形量为1.6 cm；4）四种方案成桥状态下主梁结构弯矩及变形基本相同。因此，各配重卸载方案仅对主梁施工阶段产生影响，对成桥状态下主梁弯矩及变形基本无影响；经综合比选，确定采用方案三、四进行配重卸载。同时为保证施工安全，最终确定通过方案四完成配重卸载。3.3 A孔支点处临时锚固放松顺序该桥梁工程主梁采用七跨连续梁结构，施工中共包含8段合龙段，合龙段施工及支点部位临时锚固放松顺序会影响桥梁整体结构安全。因此，制定出两种支点临时锚固放松方案，具体如下：1）方案一：边跨合龙解除30#、35#墩墩顶临时锚固C孔合龙解除31#、34#墩墩顶临时锚固B孔合龙解除32#、33#墩墩顶临时锚固A孔合龙。2）方案二：边跨合龙C孔合龙解除30#、35#墩墩顶临时锚固B孔合龙解除31#、34#墩墩顶临时锚固A孔合龙解除32#、33#墩墩顶临时锚固。对两种方案重要工序（A、B、C 孔合龙和成桥）施工状态下主梁受力及变形情况进行分析，通过计算能够发现：A、B、C孔合龙和成桥状态下，方案一主梁下挠最大值依次为 6、7、6.5、8cm，方案二主梁下挠最大值依次为0.6、2、3.3、6.6cm；方案一主梁变形异常，而方案变形较为平顺。因此推荐按照方案二组织施工。通过方案二施工后，主梁结构变形平顺，与计算数据相符。3.4 吊杆张拉顺序为确保主梁及拱肋结构安全性、可靠性，应严格按照对称、均衡的原则对吊杆实施预应力张拉施工。其中A孔吊杆预应力张拉顺序为：拱脚部位L/4或3L/4部位拱顶部位，对称均衡张拉。B孔、C孔同A孔。此桥梁工程 A 孔吊杆设计预应力值为 750 kN，B孔、C孔吊杆预应力值相同，均为100 kN。因B、C孔吊杆设计预应力值相对较小，采用分次张拉严重影响工期。为确定最佳张拉次数，制定以下两种张拉方案：1）方案一：分3次施加预应力至设计值，即：分别施加至设计值的40%、80%、100%。2）方案二：B、C 孔吊杆采用一次张拉成型的方式，A孔吊杆则分两次进行张拉，即：先施加预应力至设计值的60%，再施加至100%；两种方案得到的结构轴力及弯矩情况如图1所示；初始状态至预应力管道压浆完成。通过图1能够看出：吊杆张拉完成，拱脚、拱顶区域，两种方案产生的轴力基本相同；L/4区域，方案二产生的轴力远小于方案一；同时，拱脚、拱顶及L/4区域内，方案二产生的弯矩相对小于方案一。充分表明：方案二具有工期短、受力合理的优点。因此推荐采用方案二进行吊杆预应力施工。事实证明，该桥梁工程采用方案二张拉吊杆后，其承载性能良好。166交通世界TRANSPOWORLD4 结论本文结合某多跨连续梁拱组合体系桥梁工程实例，对其关键施工技术展开综合探究，分析了现浇段支架卸落、配重卸载、临时锚固放松、吊杆张拉等关键工序施工要点，具体结论如下：1）吊杆张拉使主梁与拱肋体系共同承受现浇结构重力作用，显著降低主梁结构变形及受力，应先完成吊杆张拉，再完成支架体系卸落。2）单悬臂状态卸载配重会增大结构内力，应在主梁中跨或次边跨合龙后，再进行配重卸载。3）多孔连续梁悬臂施工中，中孔墩顶临时锚固放松过早，会使主梁结构产生异常变形，应在相邻孔合龙后，再放松前孔临时锚固。4）对称均衡张拉可显著增强拱肋承载性能，当设计预应力较大时，采用分批分阶段张拉。本桥梁工程采用上述推荐方案施工，建成后经质量检测，结构受力状况良好，运营至今无质量问题产生，充分表明施工方案可行。参考文献：1 王军文，王罡，张运波.钢管混凝土连续梁拱组合桥施工期拱脚应力监测与分析J.石家庄铁道大学学报（自然科学版），2015，28（4）：1-5，21.2 崔明珠，殷永高，任伟新，等.混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系力学性能分析J.世界桥梁，2021，49（4）：84-90.3 吴拥军，吴淑康，张文学，等.考虑预应力张拉效应的超宽箱梁现浇支架验算J.施工技术（中英文），2021，50（17）：19-21，41.4 严来章，马乐乐，刘宗族.大跨度连续梁-拱组合体系桥梁施工过程静力性能研究J.安徽建筑，2022，29（10）：142-144.5 朱克兆，王鹏，尤岭.宽桥面单片拱梁拱组合体系桥吊点横梁分析C/中国土木工程学会2021年学术年会论文集.长沙：中国土木工程学会，2021：147-148.6 程涛，丁南宏，廖伟华.钢管桁架梁拱组合体系桥成桥索力优化J.兰州工业学院学报，2021，28（2）：27-31.7 王加勇，王永，王立群，等.某钢结构连续梁拱组合体系桥的施工监控研究J.新技术新工艺，2020（11）：57-61.8 张胜杰.梁拱组合体系桥地震响应对拱梁刚度比的敏感性分析J.山东交通科技，2020（1）：95-97，102.9 莫玉麟.梁拱组合体系桥钢管拱肋安装及线型控制技术J.黑龙江交通科技，2022，45（5）：121-123.图1 2种吊杆张拉方案下结构的轴力与弯矩167