邊跨合龍方案對(duì)連續(xù)梁橋施工控制的影響

在連續(xù)梁的懸灌施工中，立模的高度是確定橋線(xiàn)的關(guān)鍵。眾所周知,施工立模標(biāo)高的確定與實(shí)際施工過(guò)程密切相關(guān),尤其是合龍方案對(duì)成橋累計(jì)位移和結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力的影響更大。在結(jié)構(gòu)正裝迭代計(jì)算過(guò)程中,必須考慮混凝土的徐變和收縮影響,徐變和收縮影響與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力歷史密切相關(guān),因此不同的施工方案進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)徐變和收縮。連續(xù)梁的懸澆施工在合龍之前,結(jié)構(gòu)受力明確簡(jiǎn)單,合龍之后體系發(fā)生轉(zhuǎn)變。下面結(jié)合湘江南大橋的施工控制過(guò)程,探討邊跨合龍方案對(duì)成橋累計(jì)位移和成橋內(nèi)力等計(jì)算結(jié)果的影響。1重力分析1.1次落架合龍段受力圖式在計(jì)算分析時(shí),一次落架合龍方案可劃分成兩個(gè)計(jì)算工況:1)在邊跨內(nèi)搭設(shè)臨時(shí)支架、澆筑邊跨和合龍段混凝土,在計(jì)算工況中表現(xiàn)為上支架單元、邊跨單元和合龍段單元并施加預(yù)應(yīng)力;2)一次性地拆除臨時(shí)支架即去支架單元。在分析時(shí),可將計(jì)算工況1)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅰ,計(jì)算工況2)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅱ,合龍后的狀態(tài)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅲ。狀態(tài)Ⅰ的受力圖式如圖1所示。圖中:q1為邊跨單元恒載集度;q2為合龍段單元恒載集度;N1為q1單獨(dú)作用引起的臨時(shí)支架內(nèi)力(主要為軸力項(xiàng),臨時(shí)支架可能有多排,即可能有多個(gè)支撐力,但并不影響分析,下同);N2為q2單獨(dú)作用引起的臨時(shí)支架內(nèi)力。狀態(tài)Ⅱ也稱(chēng)為落架過(guò)程,其受力圖式如圖2所示。狀態(tài)Ⅲ為支架拆除后即邊跨合龍后的狀態(tài),其受力圖式如圖3所示。如果不考慮混凝土的徐變和收縮影響,由線(xiàn)彈性理論的疊加原理可知:狀態(tài)Ⅲ的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形=狀態(tài)Ⅰ內(nèi)力和變形+狀態(tài)Ⅱ內(nèi)力和變形狀態(tài)Ⅲ的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形=狀態(tài)Ⅰ內(nèi)力和變形+狀態(tài)Ⅱ內(nèi)力和變形因此,一次落架合龍的計(jì)算圖式可以不考慮支架搭設(shè)、拆除等過(guò)程而一次性地將邊跨及合龍段單元全部加上去進(jìn)行計(jì)算分析。即計(jì)算可不考慮施工過(guò)程,直接采用圖3所示結(jié)構(gòu)為計(jì)算圖式。1.2分段現(xiàn)澆合龍段整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算為了方便與一次落架合龍方案比較,將分段合龍方案分成3個(gè)計(jì)算工況:1)在臨時(shí)支架上澆筑邊跨梁段,即上臨時(shí)支架單元、邊跨單元、計(jì)邊跨單元自重及預(yù)應(yīng)力;2)澆筑合龍段即上合龍段單元、計(jì)合龍段自重及預(yù)應(yīng)力;3)拆除臨時(shí)支架即去臨時(shí)支架單元。計(jì)算工況1)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅰ′,計(jì)算工況2)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅱ′,計(jì)算工況3)稱(chēng)為狀態(tài)Ⅲ′。三種受力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式如圖4～圖6所示。采用分段現(xiàn)澆合龍方案的結(jié)構(gòu)最終受力狀態(tài)為狀態(tài)Ⅰ′、狀態(tài)Ⅱ′和狀態(tài)Ⅲ′三者的疊加。圖4～圖6中:q1為邊跨單元恒載集度;q2為合龍段單元恒載集度;N1′為q1單獨(dú)作用引起的臨時(shí)支架內(nèi)力(主要為軸力項(xiàng));N2′為q2單獨(dú)作用引起的臨時(shí)支架內(nèi)力。由計(jì)算圖式分析可知:N1≠N1′,N2=N2′。1.3施工合龍段單元的影響主梁縱向位置任意截面K在上述兩種合龍方案下有受力和變形的不同之處。為便于分析,假定不計(jì)混凝土的徐變和收縮影響;因預(yù)應(yīng)力在邊跨合龍以后施加,對(duì)兩種方案的影響相同,故也暫不考慮其影響。在此前提下,分析兩種合龍方案下計(jì)算圖式可知,施工合龍段單元q2階段以及臨時(shí)支架的拆除階段對(duì)主梁的作用相同,不同的僅為邊跨單元q1引起的作用。下面具體分析邊跨合龍過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力和變形。1.3.1臨時(shí)施工支架受力的表現(xiàn)邊跨重量和支架反力全部作用在合龍后的邊跨結(jié)構(gòu)上。采用計(jì)算圖式3,假設(shè)僅考慮彎曲變形,則k點(diǎn)內(nèi)力和變形為:ΜΚ=Μ1(q1+q2)+Μ1(Ν1+Ν2)+Μ1(-Ν1-Ν2)=Μ1(q1+q2)(1)ΔΚ=∑∫ˉΜ1Μ1(q1+q2)EΙds(2)MK=M1(q1+q2)+M1(N1+N2)+M1(?N1?N2)=M1(q1+q2)(1)ΔK=∑∫M1ˉˉˉˉˉM1(q1+q2)EIds(2)其中:M1(q1+q2)、M1(N1+N2)表示澆筑邊跨單元和合龍段單元時(shí),單元自重和臨時(shí)支架支撐力作用在圖3所示結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力;M1(-N1-N2)表示邊跨合龍后臨時(shí)支架拆除過(guò)程中的臨時(shí)支架內(nèi)力在邊跨合龍后的結(jié)構(gòu)上(圖3所示結(jié)構(gòu))產(chǎn)生的內(nèi)力;ˉΜ1M1ˉˉˉˉˉ表示單位荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。式(1)證明,一次落架方案的計(jì)算過(guò)程可以不考慮臨時(shí)支架的作用過(guò)程。1.3.2跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力邊跨單元自重q1、支架支撐力N1′作用在用支架支撐的邊跨結(jié)構(gòu)上,即如圖4所示結(jié)構(gòu)上;而合龍段單元自重q2、相應(yīng)的支架支撐力N2′以及臨時(shí)支架拆除過(guò)程中支架反力-N1′、-N2′全都作用在邊跨合龍后的結(jié)構(gòu)上,即如圖6所示結(jié)構(gòu)上。則K點(diǎn)變形為:ΜΚ=Μ2(q1)+Μ2(Ν1′)+Μ1(q2)+Μ1(Ν2′)+Μ1(-Ν2′)+Μ1(-Ν1′)=Μ2(q1)+Μ2(Ν1′)+Μ1(q2)+Μ1(-Ν1′)=Μ2(q1?Ν1′)+Μ1(q2?-Ν1′)(3)ΔΚ=∑∫ˉΜ2Μ2(q1?Ν1′)EΙds+∑∫ˉΜ1Μ1(q2?-Ν1′)EΙds(4)其中:M2、ˉΜ2表示作用在用支架支撐的邊跨結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力,即如圖4所示結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力;M1、ˉΜ1表示作用在圖6所示結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力。由分段現(xiàn)澆合龍方案的計(jì)算圖式可知,當(dāng)截面K位于次邊跨以及更右邊時(shí),M2(q1,N1′)為零,此時(shí)截面內(nèi)力為MK=M1(q2,-N1′),一次落架合龍方案中截面K內(nèi)力為MK=M1(q1+q2),顯然有:Μ1(q1)≠Μ1(-Ν1′)因此兩種合龍方案中K截面的內(nèi)力是不同的。1.3.3對(duì)于正裝迭代計(jì)算的對(duì)比在較理想的情況下,即支架剛度很大且密集排列時(shí),由于邊跨單元施工時(shí)臨時(shí)支架的變形很小,在兩種合龍方案中,可以認(rèn)為單元自重q1全部由臨時(shí)支架的反力平衡,且兩種方案中產(chǎn)生的臨時(shí)支架的反力相等,即N1=N1′。當(dāng)截面K位于合龍后結(jié)構(gòu)的邊跨段內(nèi)時(shí),有:Μ1(q1)=Μ2(q1)?Μ1(Ν1)≈Μ2(Ν1′)?Μ2(-Ν1)=Μ2(-Ν1′)當(dāng)截面K位于合龍后結(jié)構(gòu)的合龍段另一側(cè)時(shí),有:Μ2(q1?Ν1′)=0(5)Μ1(-Ν1′)=Μ1(q1)(6)由式(1)和式(3)可知,此時(shí)兩種方案下的計(jì)算結(jié)果相差無(wú)幾,可以認(rèn)為合龍方案對(duì)正裝迭代計(jì)算的結(jié)果沒(méi)有影響。支架剛度有限且排列較稀疏,采用一次落架施工時(shí),根據(jù)前面的計(jì)算圖式可知,臨時(shí)支架儲(chǔ)備的軸向力N1、N2無(wú)論大小如何,在支架拆除時(shí)全部釋放并且作用于同一結(jié)構(gòu)。因此對(duì)于第一方案來(lái)說(shuō),支架的剛度和密集程度對(duì)主梁受力和變形沒(méi)有影響。但當(dāng)采用逐段現(xiàn)澆合龍施工時(shí),在邊跨單元施工時(shí)因支架剛度有限,并且沒(méi)有合龍段另一側(cè)結(jié)構(gòu)的約束作用,發(fā)生明顯變形,此時(shí)有N1≠N1′。同時(shí)相對(duì)一次落架方案,臨時(shí)支架反力N1′儲(chǔ)備時(shí)來(lái)自合龍前的邊跨結(jié)構(gòu),而釋放時(shí)作用于已合龍結(jié)構(gòu)。故有:Μ1(-Ν1′)≠Μ1(q1)(7)很顯然,此時(shí)兩種合龍方案下結(jié)構(gòu)的累計(jì)變形和受力是不同的。例如,當(dāng)截面K位于合龍后結(jié)構(gòu)的合龍段另一側(cè)時(shí),根據(jù)式(5)、(7)及式(1)、(3)可知,兩截面的內(nèi)力是不相同的。另外,由于M1(-N1′)與M1(q1)差別隨截面位置離邊跨的越遠(yuǎn)而越小,即支架剛度和密集程度對(duì)邊跨附近梁段的影響大于遠(yuǎn)處梁段的影響;當(dāng)連續(xù)梁的跨數(shù)較多時(shí),由分段現(xiàn)澆方案的計(jì)算圖式可知,支架剛度等等因素僅影響邊跨合龍后形成的結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果,而對(duì)中跨及更遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果則沒(méi)有影響。2次落架合龍段長(zhǎng)沙湘江南大橋是一座主橋?yàn)?6m+3×88m+66m的五跨連續(xù)梁橋。其結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。采用對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑施工方法,按照先邊跨后次邊跨再中跨的順序進(jìn)行合龍。為模擬施工過(guò)程,根據(jù)實(shí)際施工情況,準(zhǔn)備了兩種合龍方案。第一方案為一次落架,第二方案為先澆邊跨后澆合龍段。兩種方案下的各跨跨中結(jié)點(diǎn)的成橋累計(jì)位移見(jiàn)表1。由表1可知,當(dāng)不計(jì)徐變收縮時(shí),由于支架剛度較大、排列較緊密,兩種合龍方案的計(jì)算結(jié)果比較接近。當(dāng)考慮徐變收縮的影響時(shí),因?yàn)榕c應(yīng)力歷史有關(guān),所以二者計(jì)算結(jié)果相差更大。考慮支架剛度(主要是軸向剛度)和密集程度,相對(duì)實(shí)際支架剛度而言,將臨時(shí)支架單元面積、支架根數(shù)減少一半,得到不計(jì)徐變的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。比較表1和表2數(shù)據(jù)可知,由于支架剛度減少且支撐數(shù)目減少,分段現(xiàn)澆方案的計(jì)算結(jié)果明顯受到影響,變形相對(duì)增大;同時(shí)中跨變形未受影響。而一次落架方案結(jié)果則沒(méi)有變化。表3為在一次落架合龍方案中,考慮臨時(shí)支架作用過(guò)程的兩種計(jì)算工況(兩種工況都不計(jì)徐變)的計(jì)算結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)可知,兩種計(jì)算工況下的成橋累計(jì)位移值完全相同,驗(yàn)證了前面理論分析的結(jié)果。3臨時(shí)支架的疊加通過(guò)對(duì)連續(xù)梁橋合龍方案影響的理論分析和算例驗(yàn)證,可以得到如下結(jié)論:1)一次落架的邊跨合龍方案的計(jì)算圖式在不考