边跨合龙方案对连续梁桥施工控制的影响

边跨合龙方案对连续梁桥施工控制的影响

在连续梁的悬灌施工中，立模的高度是确定桥线的关键。众所周知,施工立模标高的确定与实际施工过程密切相关,尤其是合龙方案对成桥累计位移和结构成桥内力的影响更大。在结构正装迭代计算过程中,必须考虑混凝土的徐变和收缩影响,徐变和收缩影响与结构的应力历史密切相关,因此不同的施工方案进一步影响结构徐变和收缩。连续梁的悬浇施工在合龙之前,结构受力明确简单,合龙之后体系发生转变。下面结合湘江南大桥的施工控制过程,探讨边跨合龙方案对成桥累计位移和成桥内力等计算结果的影响。1重力分析1.1次落架合龙段受力图式在计算分析时,一次落架合龙方案可划分成两个计算工况:1)在边跨内搭设临时支架、浇筑边跨和合龙段混凝土,在计算工况中表现为上支架单元、边跨单元和合龙段单元并施加预应力;2)一次性地拆除临时支架即去支架单元。在分析时,可将计算工况1)称为状态Ⅰ,计算工况2)称为状态Ⅱ,合龙后的状态称为状态Ⅲ。状态Ⅰ的受力图式如图1所示。图中:q1为边跨单元恒载集度;q2为合龙段单元恒载集度;N1为q1单独作用引起的临时支架内力(主要为轴力项,临时支架可能有多排,即可能有多个支撑力,但并不影响分析,下同);N2为q2单独作用引起的临时支架内力。状态Ⅱ也称为落架过程,其受力图式如图2所示。状态Ⅲ为支架拆除后即边跨合龙后的状态,其受力图式如图3所示。如果不考虑混凝土的徐变和收缩影响,由线弹性理论的叠加原理可知:状态Ⅲ的结构内力和变形=状态Ⅰ内力和变形+状态Ⅱ内力和变形状态Ⅲ的结构内力和变形=状态Ⅰ内力和变形+状态Ⅱ内力和变形因此,一次落架合龙的计算图式可以不考虑支架搭设、拆除等过程而一次性地将边跨及合龙段单元全部加上去进行计算分析。即计算可不考虑施工过程,直接采用图3所示结构为计算图式。1.2分段现浇合龙段整体结构的计算为了方便与一次落架合龙方案比较,将分段合龙方案分成3个计算工况:1)在临时支架上浇筑边跨梁段,即上临时支架单元、边跨单元、计边跨单元自重及预应力;2)浇筑合龙段即上合龙段单元、计合龙段自重及预应力;3)拆除临时支架即去临时支架单元。计算工况1)称为状态Ⅰ′,计算工况2)称为状态Ⅱ′,计算工况3)称为状态Ⅲ′。三种受力状态下的结构计算图式如图4～图6所示。采用分段现浇合龙方案的结构最终受力状态为状态Ⅰ′、状态Ⅱ′和状态Ⅲ′三者的叠加。图4～图6中:q1为边跨单元恒载集度;q2为合龙段单元恒载集度;N1′为q1单独作用引起的临时支架内力(主要为轴力项);N2′为q2单独作用引起的临时支架内力。由计算图式分析可知:N1≠N1′,N2=N2′。1.3施工合龙段单元的影响主梁纵向位置任意截面K在上述两种合龙方案下有受力和变形的不同之处。为便于分析,假定不计混凝土的徐变和收缩影响;因预应力在边跨合龙以后施加,对两种方案的影响相同,故也暂不考虑其影响。在此前提下,分析两种合龙方案下计算图式可知,施工合龙段单元q2阶段以及临时支架的拆除阶段对主梁的作用相同,不同的仅为边跨单元q1引起的作用。下面具体分析边跨合龙过程中结构的受力和变形。1.3.1临时施工支架受力的表现边跨重量和支架反力全部作用在合龙后的边跨结构上。采用计算图式3,假设仅考虑弯曲变形,则k点内力和变形为:ΜΚ=Μ1(q1+q2)+Μ1(Ν1+Ν2)+Μ1(-Ν1-Ν2)=Μ1(q1+q2)(1)ΔΚ=∑∫¯Μ1Μ1(q1+q2)EΙds(2)MK=M1(q1+q2)+M1(N1+N2)+M1(−N1−N2)=M1(q1+q2)(1)ΔK=∑∫M1¯¯¯¯¯M1(q1+q2)EIds(2)其中:M1(q1+q2)、M1(N1+N2)表示浇筑边跨单元和合龙段单元时,单元自重和临时支架支撑力作用在图3所示结构上的内力;M1(-N1-N2)表示边跨合龙后临时支架拆除过程中的临时支架内力在边跨合龙后的结构上(图3所示结构)产生的内力;¯Μ1M1¯¯¯¯¯表示单位荷载作用下的结构内力。式(1)证明,一次落架方案的计算过程可以不考虑临时支架的作用过程。1.3.2跨结构的内力边跨单元自重q1、支架支撑力N1′作用在用支架支撑的边跨结构上,即如图4所示结构上;而合龙段单元自重q2、相应的支架支撑力N2′以及临时支架拆除过程中支架反力-N1′、-N2′全都作用在边跨合龙后的结构上,即如图6所示结构上。则K点变形为: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=∑∫¯Μ2Μ2(q1‚Ν1′)EΙds+∑∫¯Μ1Μ1(q2‚-Ν1′)EΙds(4)其中:M2、¯Μ2表示作用在用支架支撑的边跨结构上的内力,即如图4所示结构上的内力;M1、¯Μ1表示作用在图6所示结构上的内力。由分段现浇合龙方案的计算图式可知,当截面K位于次边跨以及更右边时,M2(q1,N1′)为零,此时截面内力为MK=M1(q2,-N1′),一次落架合龙方案中截面K内力为MK=M1(q1+q2),显然有:Μ1(q1)≠Μ1(-Ν1′)因此两种合龙方案中K截面的内力是不同的。1.3.3对于正装迭代计算的对比在较理想的情况下,即支架刚度很大且密集排列时,由于边跨单元施工时临时支架的变形很小,在两种合龙方案中,可以认为单元自重q1全部由临时支架的反力平衡,且两种方案中产生的临时支架的反力相等,即N1=N1′。当截面K位于合龙后结构的边跨段内时,有:Μ1(q1)=Μ2(q1)‚Μ1(Ν1)≈Μ2(Ν1′)‚Μ2(-Ν1)=Μ2(-Ν1′)当截面K位于合龙后结构的合龙段另一侧时,有:Μ2(q1‚Ν1′)=0(5)Μ1(-Ν1′)=Μ1(q1)(6)由式(1)和式(3)可知,此时两种方案下的计算结果相差无几,可以认为合龙方案对正装迭代计算的结果没有影响。支架刚度有限且排列较稀疏,采用一次落架施工时,根据前面的计算图式可知,临时支架储备的轴向力N1、N2无论大小如何,在支架拆除时全部释放并且作用于同一结构。因此对于第一方案来说,支架的刚度和密集程度对主梁受力和变形没有影响。但当采用逐段现浇合龙施工时,在边跨单元施工时因支架刚度有限,并且没有合龙段另一侧结构的约束作用,发生明显变形,此时有N1≠N1′。同时相对一次落架方案,临时支架反力N1′储备时来自合龙前的边跨结构,而释放时作用于已合龙结构。故有:Μ1(-Ν1′)≠Μ1(q1)(7)很显然,此时两种合龙方案下结构的累计变形和受力是不同的。例如,当截面K位于合龙后结构的合龙段另一侧时,根据式(5)、(7)及式(1)、(3)可知,两截面的内力是不相同的。另外,由于M1(-N1′)与M1(q1)差别随截面位置离边跨的越远而越小,即支架刚度和密集程度对边跨附近梁段的影响大于远处梁段的影响;当连续梁的跨数较多时,由分段现浇方案的计算图式可知,支架刚度等等因素仅影响边跨合龙后形成的结构的计算结果,而对中跨及更远的结构的计算结果则没有影响。2次落架合龙段长沙湘江南大桥是一座主桥为66m+3×88m+66m的五跨连续梁桥。其结构示意如图7所示。采用对称悬臂浇筑施工方法,按照先边跨后次边跨再中跨的顺序进行合龙。为模拟施工过程,根据实际施工情况,准备了两种合龙方案。第一方案为一次落架,第二方案为先浇边跨后浇合龙段。两种方案下的各跨跨中结点的成桥累计位移见表1。由表1可知,当不计徐变收缩时,由于支架刚度较大、排列较紧密,两种合龙方案的计算结果比较接近。当考虑徐变收缩的影响时,因为与应力历史有关,所以二者计算结果相差更大。考虑支架刚度(主要是轴向刚度)和密集程度,相对实际支架刚度而言,将临时支架单元面积、支架根数减少一半,得到不计徐变的计算结果见表2。比较表1和表2数据可知,由于支架刚度减少且支撑数目减少,分段现浇方案的计算结果明显受到影响,变形相对增大;同时中跨变形未受影响。而一次落架方案结果则没有变化。表3为在一次落架合龙方案中,考虑临时支架作用过程的两种计算工况(两种工况都不计徐变)的计算结果。由表中数据可知,两种计算工况下的成桥累计位移值完全相同,验证了前面理论分析的结果。3临时支架的叠加通过对连续梁桥合龙方案影响的理论分析和算例验证,可以得到如下结论:1)一次落架的边跨合龙方案的计算图式在不考