郭伟峰

云南省交通规划设计研究院有限公司 云南 昆明 650011

1 引言

预应力混凝土连续刚构桥作为一种结构受力明确、设计与施工工艺成熟、行车舒适的桥型，在120m～240m跨径之间具有良好的适用性,极大填补了普通梁桥与大型拱桥及特大型索桥之间的空白。连续刚构桥采用墩梁固结形式，成桥后桥墩参与受力。随着跨数的增加，超静定次数增加，混凝土的收缩徐变作用[1]及合龙时的温差效应会使刚构桥各固结墩向跨中方向产生永久性位移，在墩底产生较大弯矩，并使主梁发生跨中下挠，影响行车舒适性。为降低桥梁运营期内发生上述病害的影响，可在合龙前对梁体进行反方向顶推，以抵消成桥后温度下降及混凝土长期收缩徐变产生的永久内力及变位。

文章结合某工程实例，针对多跨连续刚构桥合龙及顶推方案及合龙时温差效应进行研究。

2 工程背景及有限元模型

某大桥跨越河谷，河谷最低处距桥面187m。该桥桥跨布置为3×30+2×30+（96+3×180+96）+2×30+2×30m，其中主跨为五跨一联预应力混凝土连续刚构桥（图1）。设计荷载为公路-Ⅰ级，全桥处于单向-0.8%的纵坡上。

图1 桥型布置图

上部结构悬浇梁采用单箱单室结构，箱梁顶宽为12.55m，底宽为7m，悬臂长度为2.775m。箱梁根部梁高为11m，跨中梁高为3.8m。预应力混凝土箱梁高度按1.8次抛物线变化。下部结构6号（76m）、9号（91m）主墩采用双肢空心薄壁墩；7号（176m）、8号（170m）主墩采用组合式桥墩。组合式桥墩上部为双肢空心薄壁墩，下部为箱型截面。

3 合龙及顶推方案确定

针对该桥，文章提出以下4种合龙方案，并均在中跨及次中跨合龙前对主梁悬臂端节点进行顶推，各合龙及顶推方案如下：

合龙方案一：（CBA）先边跨C，再次中跨B，最后中跨A合龙。

合龙方案二：（CAB）先边跨C，再中跨A，最后次中跨B合龙。

合龙方案三：（ACB）先中跨A，再边跨C，最后次中跨B合龙。

合龙方案四：（ABC）先中跨A，再次中跨B，最后边跨C合龙。

3.1 顶推位移量的确定

假定以上4个合龙方案均按照设计温度进行合龙，计算得到得到各合龙方案主桥成桥10年后、因混凝土收缩徐变产生的墩顶水平位移、在各作用下累计墩顶水平位移，如表1所示。墩顶水平位移采用墩顶相应主梁截面水平位移。

表1 不顶推合龙时主桥成桥10年后墩顶水平位移（mm）

计算结果表明：（1）不同合龙顺序对墩顶水平位移（因混凝土收缩徐变产生）基本没有影响；（2）对于各作用下累计墩顶水平位移，不同的合龙顺序会产生较大差异；（3）因混凝土收缩徐变产生的墩顶水平位移占累计位移的51.5%～87.9%，混凝土收缩徐变对桥梁的影响不可忽视，应采取相应措施适当抵消其影响；（4）边墩相对中墩来说，受混凝土收缩徐变影响更大。

理想的顶推是消除表1中的累计水平位移，使其总位移量为零，而实际上是难以实现的，也是不必要的。难以实现的原因在于由于各墩墩高不同，导致各墩最大悬臂状态纵桥向刚度不同，进而混凝土收缩徐变效应在各墩上的表现有显著差异，而顶推时为了保持各“T”构受力平衡，中跨合龙时两个中墩（7号、8号）最大悬臂节点处（图1合龙位置A处）顶推力应相等，次中跨合龙时两个边墩墩（6号、9号）最大悬臂节点处（图1合龙位置B处）顶推力亦应相等。这就必须在合龙时对两个边墩、两个中墩的顶推力分别进行折中。不必要的原因是若将上述水平位移量完全顶推到位，势必造成成桥初期反向水平位移过大，这对桥梁受力是不利的。通过反复试算和比较，确定按表1中累计位移的80%水平位移量[2][3]作为顶推量。各墩具体顶推量见表2。

表2 各墩具体顶推量（mm）

3.2 顶推力计算

为确定各合龙方案顶推力，合龙时在中跨、次中跨最大悬臂端节点处施加100 kN的水平顶推力，并增加相应平衡力以保持各墩最大悬臂状态平衡，得到4个合龙方案的位移水平增量，如表3所示。

表3 100 kN顶推力作用下各墩墩顶纵桥向位移（mm）

对合龙口处施加100kN 的初始顶推力，再根据所需顶推位移求得总顶推力。联立表2、表3的数据，根据水平顶推力与顶推位移成正比，进行各方案合龙顶推力计算。计算结果见表4。

表4 各方案合龙时顶推力（100kN）

3.3 各方案比较分析

为对各合龙顶推方案进行分析比较[4]，将表4计算得出的各跨合龙时顶推力分别施加到各有限元计算模型中，得到各方案成桥10年后墩顶累计水平位移，如表5所示。

表5 顶推后各方案成桥10年后墩顶水平位移（mm）

从表1、表5可以看出，方案一相对于其他三个方案，成桥10年后墩顶水平位移明显较大，且方案一从边跨依次向中跨合龙，次中跨合龙时还须在中跨额外增加顶推力以保持“T”构平衡，施工繁琐，该合龙方案不适用于本桥。

对于6号墩，累计位移值的绝对值越小方案最优；对于7号墩，累计位移值的绝对值越大方案最优；对于8号墩，累计位移值的绝对值越小方案最优；对于9号墩，累计位移值的绝对值越小方案最优。针对方案二、方案三、方案四，桥墩最优相应方案得分为1，其余方案根据位移比例确定得分，计算各方案得分情况见表6。

表6 各方案得分表

从表6可以看出，方案三为最佳合龙顶推方案，即先中跨，再边跨，最后次中跨合龙。

以方案三为最佳合龙顶推方案，从模型中分别提取不施加顶推力、施加顶推力成桥10年后各墩墩底受力结果[5]见表7。

表7 成桥10年后各墩墩底受力情况

从表7可以看出，顶推与否对墩底轴力影响不大，但是可极大降低成桥后墩底顺桥向弯矩，降低配筋率，提高工程经济性。

4 温差效应与墩顶水平位移

在运营期内，为避免降温导致主墩向中跨跨中方向产生墩顶水平位移，桥梁应选择在低温时进行合龙，当实际合龙温度高于设计合龙温度时，应根据实际温差增大顶推力，以抵抗温差效应。以方案三为最优合龙方案，计算该桥在实际温度合龙后，降温1～10℃对成桥状态下各墩墩顶水平位移的影响，得到各墩墩顶水平位移见表8。

表8 降温对成桥状态下各墩墩顶水平位移的影响（mm）

从表8可以看出，随着成桥后温度降幅的增大，各主墩墩顶的纵向位移越来越大，且位移方向均朝向中跨跨中。成桥时实际合龙温度对顶推力有很大影响，桥梁合龙时应根据实际合龙温度对顶推力进行调整以抵抗温差效应导致的墩顶水平位移。

5 结语

本文针对多跨连续刚构桥的构造特点，结合某工程实例，通过对4个合龙顶推方案进行分析计算，得出以下结论：

（1）多跨连续刚构桥混凝土长期收缩徐变对成桥后桥梁的影响极大；边墩相对中墩受其影响更大，因此根据桥梁制定相应的合龙顶推方案是必要的。本工程最佳合龙顶推方案为先中跨，再边跨，最后次中跨合龙。

（2）合龙时施加顶推力不但降低运营期内桥梁墩顶水平位移，而且还有效地降低墩底弯矩，改善桥墩受力。

（3）当跨数增多及墩高发生变化时相应合龙顺序及配套的顶推力应结合桥梁各“T”构刚度、各桥墩高度、全桥跨数、实际合龙温度等因素进行分析计算。