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摘 要：以龙藏沟特大桥为例，介绍了连续刚构桥合龙顶推力的计算及对成桥状态的有利影响。
关键词：连续刚构桥；合龙；顶推力
中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）05-0142-02
1 引言
连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥，其综合了T型刚构桥在悬臂施工中保持体系平衡的特点，又吸收了连续梁桥在整体受力上能承受正负弯矩的优点，所以在工程实践中得到了广泛应用。连续刚构桥一般应用于大跨度桥梁，由于整个结构属于多次超静定结构，因而由预加应力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的结构纵向位移将在体系中产生较大的次内力，对箱梁及主墩的受力产生不利影响。在合龙的施工过程中，合龙时的实际温度同设计温度可能会有偏差，此温差也会使梁体产生位移，引起主墩偏位，产生次内力。
为了消除上述的不利影响，可以在连续刚构桥梁进行跨中合龙时，对梁体施加一个朝向桥台的水平推力，使桥墩产生一个预偏位来抵抗结构由于收缩徐变、合龙温差等引起的不利影响，改善箱梁应力，并能有效减小桥墩根部弯矩，改善桥墩受力。
2 工程简介
2.1 工程背景
龙藏沟特大桥为张掖至河南公路同仁至多福屯段公路工程拟建的特大桥。桥长1467m，全桥共9联，5×40+（67+125+67）+4×40+3×40+3×（4×40）+2×（3×40），第2联采用预应力连续刚构结构型式，本文以龙藏沟特大桥的第二联进行合龙顶推效应分析。
2.2 桥梁结构参数
上部结构为单箱单室直腹板预应力混凝土箱梁。箱梁顶宽10m，底宽6m，悬臂长度2m。合拢段中心梁高2.6m，顶板厚度0.28m，底板厚度0.32m。0号块根部梁高7.6m，顶板厚度0.28m，底板厚度1m。箱梁梁高、底板厚自根部至跨中按1.8次抛物线变化。刚构墩为实体双薄壁墩，墩高分别为83m、73m。
本桥采用悬臂施工，共15个悬臂现浇段。箱梁和桥墩均采用C50混凝土，预应力筋采用低松弛高强度钢绞线，单根钢绞线直径Φj=15.2mm，钢绞线面积139mm2，fpk=1860MPa，弹性模量EP=1.95×105MPa。
3 合龙顶推力的计算及影响分析
3.1 建模参数
结构分析采用桥梁博士计算程序，全桥划分为195个单元，216个节点，其中上部结构单元91个，桥墩单元104个。墩顶节点与对应箱梁节点钢性连接，墩底固接，两边跨设置竖向支撑。全桥分为54个施工阶段，结构重要性系数1.1，车辆荷载等级为公路—Ⅰ级。全桥按照对称悬臂浇筑、边跨合龙、中跨合龙的顺序施工。桥梁模型如图1所示。
3.2 分析思路
首先按照中跨合龙时不施加顶推力，用桥梁博士计算软件计算出正常使用极限状态设计时，作用长期效应组合下两个双肢薄壁墩顶形心处的相对位移量Δ，用式（1）计算应该施加的顶推力P，公式中各项参数如图2所示。式（1）为近似计算公式，会有一定偏差。之后重新建模，在中跨合龙阶段施加顶推力P，重新运行程序进行计算，计算出正常使用极限状态设计时，作用长期效应组合下两个双肢薄壁墩墩顶形心处的相对位移量Δ’，当Δ’大于Δ时，减小水平推力P的值，当Δ’小于Δ时，增大水平推力P的值，当|Δ’？Δ|/Δ<0.05时，认为此时施加的水平推力P可以消除成桥后由于合龙温差、收缩徐变等引起的不利影响。
P= 24EI1I3Δ/（I3l11+I1 l3）3 （1）式中 l1、l3——为薄壁墩的净高；
I1、I3——为薄壁墩的惯性矩；
E——为薄壁墩混凝土的弹性模量；
Δ——为薄壁墩墩顶之间的相对位移
3.3 顶推力计算结果
在中跨合龙的实际顶推过程中，受箱梁结构所限，无法在箱形截面形心处施加顶推力，顶推力是在腹板梗肋处施加。顶推力施加位置如图3所示。可以通过调整四个顶推点力的大小，保证四点合力对箱形截面形心处力矩为0，不产生对截面形心的附加弯矩。
在合龙不施加顶推力的情况下，左墩双肢薄壁墩顶形心处的位移为28.8mm，右墩双肢薄壁墩顶形心处的位移为？30.5mm，由式（1）计算出顶推力P为1210kN，再通过反复试算，最终求得理论顶推力为1300kN。
表1列出了施加不同的顶推力，对结构的作用结果。从表格中可以看出当中跨合龙时，顶推力设置为1300kN时，有效的改善了墩底弯矩，双墩的墩底弯矩减小了约51%，同时也有效的提高了箱梁下缘压应力储备，改善了箱梁的应力分布，提高了结构的安全储备。
4 结论
大跨径混凝土连续刚构桥在中跨合龙时施加顶推力，以使桥墩产生一个预偏位，来消除桥梁结构的收缩徐变、合龙温差等因素对桥梁结构的不利影响，在实际工程实践中应用广泛。
本文通过对龙藏沟特大桥连续刚构段中跨合龙设置不同顶推力的计算结果进行计算分析，总结了以下三点：
（1）设置合理的顶推力可以有效的减小桥墩根部弯矩，降低桥墩应力水平，改善桥墩受力状态，同时也可有效的提高箱梁下缘压应力的安全储备。
（2）通过计算结果可以看出，按照式（1）对顶推力进行的估算与有限元计算终值基本吻合，说明该公式作为一种简便的力学计算方法，可以采纳。
（3）本文在顶推力计算过程中，是通过消除墩顶水平位移来计算的合龙顶推力，还有学者研究提出用消除主梁拉力法来计算合龙顶推力。在计算连续刚构桥梁时，不同的合龙顺序，也会对结构产生不利影响，桥梁设计工作者在进行计算时需要针对不同的工况进行计算分析。
参考文献
[1] 刘效尧，徐岳.梁桥[M].北京：人民交通出版社，2011.
[2] 邹毅松，单荣相.连续刚构桥合龙顶推力的确定[J].重庆交通学院学报，2006（4）.
作者简介：张丹华（1980-），男，工程师；廖瑾（1986-），女，助理工程师；漆礼慧（1987-），女，助理工程师。
（编辑：蒋东旭）
关键词：连续刚构桥；合龙；顶推力
中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）05-0142-02
1 引言
连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥，其综合了T型刚构桥在悬臂施工中保持体系平衡的特点，又吸收了连续梁桥在整体受力上能承受正负弯矩的优点，所以在工程实践中得到了广泛应用。连续刚构桥一般应用于大跨度桥梁，由于整个结构属于多次超静定结构，因而由预加应力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的结构纵向位移将在体系中产生较大的次内力，对箱梁及主墩的受力产生不利影响。在合龙的施工过程中，合龙时的实际温度同设计温度可能会有偏差，此温差也会使梁体产生位移，引起主墩偏位，产生次内力。
为了消除上述的不利影响，可以在连续刚构桥梁进行跨中合龙时，对梁体施加一个朝向桥台的水平推力，使桥墩产生一个预偏位来抵抗结构由于收缩徐变、合龙温差等引起的不利影响，改善箱梁应力，并能有效减小桥墩根部弯矩，改善桥墩受力。
2 工程简介
2.1 工程背景
龙藏沟特大桥为张掖至河南公路同仁至多福屯段公路工程拟建的特大桥。桥长1467m，全桥共9联，5×40+（67+125+67）+4×40+3×40+3×（4×40）+2×（3×40），第2联采用预应力连续刚构结构型式，本文以龙藏沟特大桥的第二联进行合龙顶推效应分析。
2.2 桥梁结构参数
上部结构为单箱单室直腹板预应力混凝土箱梁。箱梁顶宽10m，底宽6m，悬臂长度2m。合拢段中心梁高2.6m，顶板厚度0.28m，底板厚度0.32m。0号块根部梁高7.6m，顶板厚度0.28m，底板厚度1m。箱梁梁高、底板厚自根部至跨中按1.8次抛物线变化。刚构墩为实体双薄壁墩，墩高分别为83m、73m。
本桥采用悬臂施工，共15个悬臂现浇段。箱梁和桥墩均采用C50混凝土，预应力筋采用低松弛高强度钢绞线，单根钢绞线直径Φj=15.2mm，钢绞线面积139mm2，fpk=1860MPa，弹性模量EP=1.95×105MPa。
3 合龙顶推力的计算及影响分析
3.1 建模参数
结构分析采用桥梁博士计算程序，全桥划分为195个单元，216个节点，其中上部结构单元91个，桥墩单元104个。墩顶节点与对应箱梁节点钢性连接，墩底固接，两边跨设置竖向支撑。全桥分为54个施工阶段，结构重要性系数1.1，车辆荷载等级为公路—Ⅰ级。全桥按照对称悬臂浇筑、边跨合龙、中跨合龙的顺序施工。桥梁模型如图1所示。
3.2 分析思路
首先按照中跨合龙时不施加顶推力，用桥梁博士计算软件计算出正常使用极限状态设计时，作用长期效应组合下两个双肢薄壁墩顶形心处的相对位移量Δ，用式（1）计算应该施加的顶推力P，公式中各项参数如图2所示。式（1）为近似计算公式，会有一定偏差。之后重新建模，在中跨合龙阶段施加顶推力P，重新运行程序进行计算，计算出正常使用极限状态设计时，作用长期效应组合下两个双肢薄壁墩墩顶形心处的相对位移量Δ’，当Δ’大于Δ时，减小水平推力P的值，当Δ’小于Δ时，增大水平推力P的值，当|Δ’？Δ|/Δ<0.05时，认为此时施加的水平推力P可以消除成桥后由于合龙温差、收缩徐变等引起的不利影响。
P= 24EI1I3Δ/（I3l11+I1 l3）3 （1）式中 l1、l3——为薄壁墩的净高；
I1、I3——为薄壁墩的惯性矩；
E——为薄壁墩混凝土的弹性模量；
Δ——为薄壁墩墩顶之间的相对位移
3.3 顶推力计算结果
在中跨合龙的实际顶推过程中，受箱梁结构所限，无法在箱形截面形心处施加顶推力，顶推力是在腹板梗肋处施加。顶推力施加位置如图3所示。可以通过调整四个顶推点力的大小，保证四点合力对箱形截面形心处力矩为0，不产生对截面形心的附加弯矩。
在合龙不施加顶推力的情况下，左墩双肢薄壁墩顶形心处的位移为28.8mm，右墩双肢薄壁墩顶形心处的位移为？30.5mm，由式（1）计算出顶推力P为1210kN，再通过反复试算，最终求得理论顶推力为1300kN。
表1列出了施加不同的顶推力，对结构的作用结果。从表格中可以看出当中跨合龙时，顶推力设置为1300kN时，有效的改善了墩底弯矩，双墩的墩底弯矩减小了约51%，同时也有效的提高了箱梁下缘压应力储备，改善了箱梁的应力分布，提高了结构的安全储备。
4 结论
大跨径混凝土连续刚构桥在中跨合龙时施加顶推力，以使桥墩产生一个预偏位，来消除桥梁结构的收缩徐变、合龙温差等因素对桥梁结构的不利影响，在实际工程实践中应用广泛。
本文通过对龙藏沟特大桥连续刚构段中跨合龙设置不同顶推力的计算结果进行计算分析，总结了以下三点：
（1）设置合理的顶推力可以有效的减小桥墩根部弯矩，降低桥墩应力水平，改善桥墩受力状态，同时也可有效的提高箱梁下缘压应力的安全储备。
（2）通过计算结果可以看出，按照式（1）对顶推力进行的估算与有限元计算终值基本吻合，说明该公式作为一种简便的力学计算方法，可以采纳。
（3）本文在顶推力计算过程中，是通过消除墩顶水平位移来计算的合龙顶推力，还有学者研究提出用消除主梁拉力法来计算合龙顶推力。在计算连续刚构桥梁时，不同的合龙顺序，也会对结构产生不利影响，桥梁设计工作者在进行计算时需要针对不同的工况进行计算分析。
参考文献
[1] 刘效尧，徐岳.梁桥[M].北京：人民交通出版社，2011.
[2] 邹毅松，单荣相.连续刚构桥合龙顶推力的确定[J].重庆交通学院学报，2006（4）.
作者简介：张丹华（1980-），男，工程师；廖瑾（1986-），女，助理工程师；漆礼慧（1987-），女，助理工程师。
（编辑：蒋东旭）