(湖南省高速公路集团有限公司 株洲管理处, 湖南 株洲 412000)

连续刚构桥由于墩梁固结，跨越能力更大，在我国桥梁建设中具有重要地位。目前，连续刚构桥合龙施工大多数是先边跨后中跨依次合龙，期间主梁结构会经历多次体系转换，其力学行为也会发生变化，本文以某连续刚构桥为研究对象，探究不同合龙顺序对主梁截面应力及线形的影响规律。

1 工程概况

本文以G72泉南高速上某4跨连续刚构桥为工程背景，桥跨布置为(80+150+150+80)m，设计荷载等级为公路-Ⅰ级，边中跨比0.533，主梁截面形式为单箱单室混凝土箱梁，墩顶位置梁高9 m，跨中截面梁高3.5 m，梁高按1.8次抛物线变化，箱梁顶板宽12.125 m，底板宽6.5 m，翼缘板悬挑2.812 5 m，混凝土材料标号C55，桥墩采用C40混凝土。全桥共分为17个对称悬浇段，其中0号块长14 m，1～17号节段长度为7×3.5 m+5×4.0 m+5×4.5 m，边跨及中跨合龙段为2 m，边跨现浇段长度3.76 m，结构形式为全预应力结构，设有三向预应力体系。设计洪水频率为100a一遇。桥型布置图及截面布置图分别如图1、图2所示。

图1 桥型布置图(单位： cm)

图2 截面布置示意图(单位： cm)

2 有限元模型建立

根据设计图纸及现场施工方案，采用Midas Civil建立该桥有限元模型，主梁及桥墩均采用梁单元模拟，梁与墩顶之间建立弹性连接，模拟其共同受力，桥墩底部使用固结约束，不考虑桩土作用的影响，使用软件中自带的激活、钝化功能模拟其施工阶段，为简化计算，二期恒载以等效荷载的形式考虑，有限元模型见图3。

图3 有限元模型示意图

考虑先边跨后中跨依次合龙及边中跨同时合龙2种工况，分别对其进行有限元模拟，分析不同合龙工况下桥梁力学响应特征。

3 不同合龙顺序对主梁受力的影响

3.1 不同合龙顺序对主梁应力的影响

在不同合龙顺序的方案中，主梁所受到的最大应力都不允许超过规范所规定的容许应力。现将不同合龙顺序成桥工况及混凝土10 a收缩徐变工况下主梁上、下缘所出现的应力进行对比分析，结果如表1所示(“+” 为拉应力，“-”为压应力，下同)。

计算结果表明：成桥及10 a收缩徐变工况下，主梁上、下缘应力变化趋势相同，应力相差很小。以成桥工况为例，其截面上、下缘在不同合龙顺序下应力最大变化量分别为-0.31、0.29 MPa，变化幅度仅为2.28%和4.51%，在实际工程中可以忽略不计。因此可认为不同合龙顺序对主梁截面应力影响较小，可不予考虑。

表1 不同合龙顺序对主梁截面应力影响MPa位置成桥工况10 a收缩徐变工况边中跨依次合龙同时合龙边中跨依次合龙同时合龙上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘左支点-1.38-3.44-1.39-3.45-1.37-3.51-1.38-3.51左边跨1/4处-9.50-5.63-9.44-5.83-8.99-5.78-9.02-5.88左边跨跨中-11.76-7.86-11.66-8.06-10.92-8.35-10.91-8.49左边跨3/4处-11.55-7.07-11.55-7.21-10.71-7.69-10.70-7.818#墩墩顶-8.83-8.67-8.91-8.63-8.11-9.34-8.22-9.34左中跨1/4处-12.39-6.71-12.71-6.43-11.24-7.35-11.56-7.19左中跨跨中-7.30-8.96-7.28-8.90-6.54-8.85-6.47-8.86左中跨3/4处-13.55-6.43-13.44-6.56-12.08-7.30-12.09-7.419#墩墩顶-8.85-8.63-8.80-8.73-7.87-9.51-7.89-9.59右中跨1/4处-12.39-6.73-12.39-6.85-10.92-7.67-11.02-7.78右中跨跨中-7.30-8.99-7.29-8.92-6.49-8.90-6.42-8.91右中跨3/4处-13.55-6.43-13.86-6.14-12.30-7.05-12.52-6.8810#墩墩顶-8.85-8.64-8.93-8.63-8.09-9.33-8.19-9.33右边跨1/4处-10.92-6.66-10.82-6.87-10.02-7.29-10.03-7.45右边跨跨中-10.71-8.39-10.50-8.67-9.82-8.88-9.80-9.06右边跨3/4处-7.71-5.80-7.59-6.07-7.30-5.91-7.28-6.06右支点-1.38-3.43-1.38-3.44-1.36-3.50-1.37-3.50

3.2 不同合龙顺序对主梁线形的影响

选取主桥纵向关键截面，提取成桥工况与10 a收缩徐变工况下主梁最大竖向变形结果。具体结果如表2所示。

对比分析结果表明：不同合龙顺序对主梁竖向变形有较大影响。对于成桥工况，先边跨后中跨依次合龙时主梁最大竖向变形为-35.96 mm，边中跨同时合龙时主梁最大竖向变形为-60.35 mm，发生位置均为右边跨3/4处，主梁挠度有大幅增长，增幅达67.8%；对于10 a收缩徐变工况，先边跨后中跨依次合龙时主梁最大竖向变形为-42.31 mm，边中跨同时合龙时主梁最大竖向变形为-66.68 mm，发生位置均为右边跨3/4处，增幅达57.6%，边中跨同时合龙会造成主梁下挠变大，若采用该方法进行合龙，应在合龙前调整立模标高，以保证线形平稳流畅。

表2 不同合龙顺序对主梁线形影响mm位置成桥工况10 a收缩徐变工况边中跨依次合龙同时合龙边中跨依次合龙同时合龙左支点0.000.000.000.00左边跨1/4处-33.77-52.62-29.04-37.84左边跨跨中-9.57-20.62-35.02-40.09左边跨3/4处-12.55-17.88-24.62-30.068#墩墩顶-16.47-16.28-11.20-19.27左中跨1/4处-11.34-1.58-23.92-24.66左中跨跨中4.831.75-29.27-33.23左中跨3/4处-15.46-15.66-21.36-32.519#墩墩顶-26.55-26.27-10.61-13.64右中跨1/4处-16.59-16.79-23.15-36.92右中跨跨中5.362.08-30.51-44.46右中跨3/4处-10.383.54-26.34-38.5710#墩墩顶-19.31-19.08-16.67-21.63右边跨1/4处-15.27-22.22-39.65-46.74右边跨跨中-12.27-26.61-33.62-37.98右边跨3/4处-35.96-60.35-42.31-66.68右支点0.000.000.000.00

3.3 不同合龙顺序对墩顶弯矩的影响

连续刚构桥墩顶区域由于构造复杂，预应力筋数量多，该区域受力应引起高度重视，现以该桥墩顶弯矩为考察指标，对比分析2种合龙工况对墩顶弯矩的影响，具体结果如表3所示。

表3 不同合龙顺序对墩顶弯矩的影响(kN·m)位置成桥工况10 a收缩徐变工况边中跨依次合龙同时合龙边中跨依次合龙同时合龙8#墩墩顶-31 225.16-39 684.34-47 639.24-49 144.669#墩墩顶-63 259.54-78 289.52-91 513.09-92 499.0510#墩墩顶-32 162.81-41 098.57-49 069.79-50 931.66

选取该桥8#～10#墩墩顶截面作为对比分析截面，对比2种合龙顺序截面最大弯矩值，计算结果表明：对于成桥工况，两者弯矩值有一定区别，边中跨同时合龙时8#～10#墩墩顶截面弯矩比依次合龙时弯矩大23%～27%；对于10 a收缩徐变工况，两者弯矩值相差不大，弯矩差均在4%以内。原因是桥梁在合龙时会经历多次体系转换的过程，边中跨同时合龙时，T构主梁直接从静定结构到成桥状态，截面内力重分布未完全完成，合龙段自重引起的结构变形无法“释放”，而边中跨依次合龙时，合龙段对结构的影响为依次叠加的过程，在该过程中有部分弯曲应变能量以变形的形式释放，从而导致成桥状态下依次合龙的弯矩较同时合龙的小；对于10 a收缩徐变工况，由于桥梁运营时间较长，同时合龙累积的弯曲应变能通过桥墩变形或桥台处自由伸长释放，在外荷载不变的情况下，两者结果相差不大。

4 结论

以某连续刚构桥为研究对象，建立该桥有限元模型，对比分析边中跨依次合龙和同时合龙2种合龙顺序对主梁成桥工况和10 a收缩徐变主梁应力、线形和墩顶截面弯矩的影响，可得到以下结论：

1) 2种合龙顺序对主梁成桥及10 a收缩徐变工况主梁应力影响有限，主梁上、下缘应力差均较小，在实际工程中可忽略不计。

2) 2种合龙顺序对主梁线形影响较大，边中跨同时合龙时主梁在成桥及10 a收缩徐变工况下最大竖向变形分别增大67.8%和57.6%，如改变原设计合龙施工方案时，应在悬浇施工过程中调整箱梁预拱度值和相应的立模标高，保证线形的平稳流畅。

3) 2种合龙顺序对桥墩墩顶截面弯矩有一定影响，成桥工况下边中跨同时合龙时墩顶截面弯矩比依次合龙时的大23%～27%，10 a收缩徐变工况两者差距不大。