五孔V型墩带挂孔连续刚构桥合龙顺序研究

　　V型墩连续刚构桥是在连续刚构桥的基础上发展形成的[1]，传统的连续刚构桥上部结构主梁以受弯为主，V型墩连续刚构桥受力特点是连续梁和连续刚构的混合体系，同时又有斜腿刚构的特点。V型墩连续刚构桥可以当作是传统连续刚构桥将0号块挖空后形成的V型支撑的桥型，V型腿成压弯构件。V腿的存在不仅可以充分发挥混凝土的受压性能，而且可以减少连续刚构桥的理论跨径，从而减小上部结构主梁的最大正负弯矩，降低主梁应力水平，因此V腿的存在相比传统连续刚构桥可以减小主梁杆件的截面尺寸。陈云针对V型支撑4桥梁采用多种结构体系(梁、拱、梁拱结合)进行了研究[2]，陈鹏研究了四跨V型墩连续刚构桥的合拢顺序对桥梁受力产生的影响[3]，韩旭东研究了合龙顺序对3跨V形墩连续刚构桥成桥状态的影响分析[4]。此次依托于赣州市沙石大桥主桥，建立全过程施工阶段模型分析了2种施工合龙顺序下五孔V型墩带挂孔连续刚构桥的受力变形，基于有限元分析结果，选取最优化的施工方案。

　　1桥梁概况

　　沙石大桥为赣州市章贡区跨章江的一座V型墩刚构桥。主桥桥型为采用60+3×90+60=390m跨径组合的五跨连续预应力V型墩刚构桥。主桥横向为单幅桥梁，桥梁设双向2%横坡，桥梁横断面形式：桥梁总宽度33m=2×(2m人行道+3.5m非机动车道+0.25m分隔带+3×3.5m+0.25m分隔带)。上部结构主梁采用单箱五室等宽变截面预应力混凝土梁，V腿区域支点梁高2m，边支点、合龙段及挂孔梁高2.5m。主梁顶板厚0.28m，底板厚0.24m，腹板厚从0.5m变化到0.75m。下部结构V腿变截面采用钢筋混凝土结构，单箱三室，顶底板厚0.5m，腹板厚1m，V腿底部横桥向宽度16m。中跨跨中设15m跨径的钢筋混凝土挂孔，挂孔箱室布置与主梁相同。上部结构箱梁与V腿均采用C55混凝土。沙石大桥主桥总体布置示意如图1。

沙石大桥主桥总体布置示意如图1

　　图1沙石大桥主桥上部构造图

　　2有限元模型

　　对于沙石大桥主桥的有限元模拟分析，根据以往经验，空间梁单元模型是满足计算精度的，因此此次选用简化的空间杆系模型进行施工过程模拟。对赣州沙石大桥主桥建立有限元分析模型时，采用桥梁结构分析专业有限元软件MidasCivil，结构离散为空间梁单元进行模拟，主梁和V墩采用线性粱单元模拟，主粱和V腿之间约束关系通过弹性连接中的刚性连接模拟，V腿和实体墩之间的约束采用刚性连接模拟。

　　沙石大桥从道路中心线向道路外侧放坡至非机动车道外边缘，双向中破坡度2%，坡形采用直线形。为节省设计工作量方便建模，既要保证设计精度又要保证建模方便的前提下，本次有限元建模时不考虑桥面横坡对箱梁截面的影响，将箱型截面平均梁高当作建模时整个截面的梁高，不改变其他截面参数，这样可以做到保证截面面积前提下截面对强轴惯性矩不变，对弱轴的惯性矩变化影响小。

　　考虑预应力、混凝土收缩徐变和温度作用等各种影响。

　　一期恒载：根据实际输入的截面面积，混凝土容重26 kN/m3，钢材容重78.5 kN/m3。

　　二期恒载：桥面铺装采用8cm混凝土+9cm沥青混凝土形式;8cm(25kN/m3)混凝土+9cm沥青混凝土(24kN/m3)=128.6 kN/m;栏杆、人行道板、管线等附属设施按单边25 kN/m考虑;

　　活载荷载标准：城市—A级。沙石大桥桥面为双向六车道布置，横向车道布载系数取0.55，冲击系数，横梁、桥面板等局部构件冲击系数取0.30。非机动车荷载及人群荷载按照城市桥梁设计规范和公路规范比较取大值设计，主桥为2.8kPa;局部构件设计取5.0kPa设计。

　　制动力、温度水平力：桥墩制动力、温度力与摩阻力遵照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)取值。

　　温度：设计系统温度为15℃，整体升温：30℃，整体降温：20℃;

　　梯度温度：梯度升温：箱梁顶面h=0m：15.2℃，h=0.1m：5.74℃，h=0.4m：0℃;梯度降温按升温的一半考虑。

　　基础沉降：主桥边墩为端承桩，不考虑基础竖向沉降;支撑于中风化基岩的扩大基础不考虑竖向沉降和水平位移。

　　沙石大桥主桥成桥结构模型共计295个节点，282个单元，分析模型如图2所示。

分析模型如图2所示

　　图2沙石大桥主桥结构示意图

　　3施工合拢顺序

　　带挂孔5跨连续刚构桥的施工合龙顺序一般有两种：(1)先挂孔再次边跨合龙;(2)先次边跨合龙再挂孔。沙石大桥主桥具体施工步骤如表1所列。

　　表1主桥施工步骤表

　　4两种合龙方案计算结果对比

　　从表2~3中可以看出，两种不同施工合龙顺序下，上部结构主梁和下部V墩受力、变形不相同。主梁上下缘最不利应力比较：两种不同施工合龙顺序下的主梁应力基本一致;桥墩弯矩比较：施工合龙顺序2桥墩弯矩比顺序1大9%;桥墩轴力比较：施工合龙顺序2桥墩轴力比顺序1大3%;竖向变形比较：二期施工成桥后施工合龙顺序2挂孔竖向变形上挠比顺序1大12mm(63%)，以此可见施工合拢顺序2下桥梁位移不易控制，先挂孔再次中跨合龙为本桥实际施工时的推荐合龙方案。

　　表2施工合龙顺序1：先挂孔再次中跨合龙