预杰力混凝土连续架桥合拢段

预杰力混凝土连续架桥合拢段
王指阳
摘要：文章通过介绍滁河大桥主桥预应力合拢段施工工艺，阐述了预应力混凝土连续梁的合拢段施工中应加以注意的临时固结措施、体系转换和预应力施工等的施工工艺，并对其理论依据作了简要分析。
关键词：预应力混凝土连续梁；悬浇；合拢段；刚性接杆；预应力张拉
前言
由于预应力连续梁桥施工阶段和成桥运营阶段的受力较为接近的特点，大大节省了材料，发展了跨径。随着悬浇施工工艺的13臻成熟，主梁为无支架施工，不妨碍桥下交通及净空，加之成桥后主桥连续无缝，行车平顺等等优点，使这种结构桥梁在60m ～150m跨径的范围内得到极为广泛的运用。悬浇预应力混凝土的合拢段施工是连续梁施工和连续梁体进行体系转换的关键环节，合拢段的施工必须满足合拢段混凝土的受力的设计要求，并采用适当的措施来控制合拢段混凝土的施工误差。本文通过阐述蚌宁路滁河特大桥的施工中对预应力连续梁桥的合拢段施工工艺的研究和实施，对合拢段施工中应注意的工艺从理论上进行了探讨，以加深对连续连续梁桥合拢段施工中关键工艺的正确理解，并在施工中予以足够的重视。
1 工程简介
滁河特大桥全长3293.5m，主桥为6跨预应力变截面连续梁，引桥为5孔及6孔一联的30m先简支后连续的预应力混凝土连续小箱梁。主桥上部结构为六跨一联30m+4 x 50m+30m的260m预应力变截面连续梁，直腹板，采用单箱双室断面，单幅箱梁顶板宽度17m，底板宽度为12m，翼板悬臂长度为2.5m，梁根部梁高2.8m，跨中梁高1.6m，腹板厚度50cm，底板厚度25cm~50cm。箱梁高及底板厚度按二次抛物线变化，箱梁采用三向预应力结构，纵横向预应力均采用低松弛高强钢绞线。
2 合拢段施工
2．1主桥连续梁合拢段及体系转换顺序
2．1．1转换顺序
合拢段施工方案既可以此逐孔合拢，也可以多孔一次合拢；既可以从一边按顺序合拢，也可以从两岸向中间对称进行合拢。本工程的合拢段的施工顺序是按照施工图设计进行，采用逐跨合拢，对称进行，即先合拢边跨，拆除边主墩的临时锚固，再合拢次边跨，拆除次边主墩的临时锚固，由两岸向中间纵向对称进行，直至中跨合拢(见图1)。
2．1．2具体步骤
①边跨现浇段和悬浇段之间合拢段进行临时锁定(采用梁体外联结构)，并张拉预应力束T6，以预压力来抵消两端因温度降低而缩短产生的拉力。
②浇筑边跨合拢段混凝土，合拢段混凝土达到张拉强度后张拉边跨顶板负弯矩束，再张拉正弯矩束。
③拆除边跨贝氏支架，解除16、20号墩顶临时锚固，锁定永久支座(纵向)，结构转换成单悬臂梁。

图1 主桥连续梁合拢段及体系转换顺序
④ 将次边跨合拢段临时锁定，张拉临时预应力束1、7，解除16、20号墩顶永久支座的锁定，浇筑次边跨合拢段混凝土。混凝土达到张拉强度后，按设计要求及时解除临时预应力柬1、7，张拉顶板负弯矩束，再张拉正弯矩束。
⑤拆除17、19号墩临时锚固，锁定永久支座(纵向)，结构转换成单悬臂的双孔连续梁。
⑥将两中跨合拢段临时锁定，张拉临时预应力柬，解除17、19号墩的永久支座的锁定，浇注混凝土，混凝土达到张拉强度
后解除临时预应力束1、7，张拉顶板负弯矩束，再张拉正弯矩束。
⑦按设计要求，依次对称张拉各跨的第二批连续预应力钢筋，形成六跨连续结构完成主跨的体系转换。张拉顺序应按先长柬后短柬、先顶板后底板再腹板、先边跨后次边跨依次到中跨的顺序。
2．2施工中应注意的要点
在合拢段施工的过程中，Fh于施工图中强调合拢段的临时劲性骨架必须每根钢接杆安排一台交流电焊机进行施工，在4h内快速完成，同时对焊接施工时的气温有明确要求，因此合拢期的时间较短，在合拢段一端的固结解除后，刚性支撑的力基本上等于温差产生的轴向力。而若合拢段两端支座的固结，且浇筑合拢段期间的温差较大，会使粱体产生数千吨的温度内力，使刚性支撑无法承受；而若浇筑后仍未解除合拢段两端的固结，会导致箱梁梁体受巨大的温度内力而导致梁体的破坏，从以下的计算公式可以得出，合拢段两端连接方式的不同会导致梁体不同的受力。
① 当合拢口一端的固结约束取消后，合拢口支撑的受力由
下式得到，一般仅为数百吨。

式中：N—梁体因温度所受的轴向力
Δt—升温系数
α—在两端约束的梁体中取钢筋与混凝土的线膨胀系数相等，均为1×10-4ι
l,lh,LR—分别为合拢跨总长及悬浇段长度和合拢段支撑的长度
EgEh—钢筋和混凝土的弹性模量，C50的Eh=35Gpa，取钢筋Eg=200Gpa
Ahi—箱梁的第i段平均截面积
Lhi—箱梁的第i段分段长度
假设本桥主跨合拢段按温差15℃ 、截面按平均值作计算，若两端固结，在梁体内会产生约3069t的内力(计算过程略)，远大于梁段自由伸缩对梁体及合拢段刚性支撑的仅数百吨的作用力。因此，按设计合拢顺序，及时调整合拢段两端的受力情况，对合拢段安全施工具有重要的作用。
2．3边跨合拢段施工工艺
边跨现浇段长4m，合拢段长2m，采用贝氏钢支架搭设支架现浇，现浇段支架采用100％荷载试压，消除支架塑性变形。
2-3．1临时锁定
边跨合拢段的现浇段的长度较小，仪4m。首先，采用在清晨的最低气温时合拢，但现浇段的预应力混凝土箱梁底模板和梁体混凝土之间的摩擦力，经计算不足以抵抗降温引起的收缩力。因此在考虑到采用一束12股的15．24钢绞线T6临时柬来抵消收缩力；其次，考虑到箱粱的竖向温差会使合拢段的梁截面产生挠度差以及角变位，应采用外刚性支撑抵抗合拢段的混凝土受弯(见图2)。

边跨现浇段合拢段的混凝土，采用支架现浇进行施工。
2-3．2配重
由于边跨为支架现浇，支架经预压后变形较小，由于桥梁截面不大，箱梁顶底面温差对悬臂端产生的降温上翘和升温下挠值不做特殊考虑。为使现浇段和悬臂端的竖向变形与浇注后的相等，仅考虑避免合拢段混凝土重量产生竖向相对位移增加施工的附加应力。在浇注合拢段混凝土前。在悬臂端设置水箱注水调整施工荷载，水箱注水后重量设为50％合拢段混凝土重，并随着浇注采用不断放水的方法来进行调整。
2．3．3浇注时间
合拢段混凝土的浇注时间一般选在日气温较低，气温变化较小的时间段中进行，浇注完成后气温不断上升，可以尽量减小由于梁体混凝土降温收缩引起的拉力。
2．4次边跨和中跨合拢段施工工艺
2．4．1临时锁定
次边跨和中跨合拢段的临时锁定装置采用既撑又拉的梁体外联结构将两端连成整体，在箱梁的顶板和底板混凝土内预埋钢板。设置反力座，将连接型钢焊接其上，以此锁定合拢段。根据当地的气候条件，预计在合拢段锁定后至新浇筑的合拢段混凝土达到足够强度前，降低的温度差值对梁体产生的温度内力大于合拢跨及相连的自由伸缩段的梁体自重引起的支座摩阻力，因此，需要设置预应力的临时束以减少降温时引起的拉力，满足抗裂安全系数的需要。次边跨和中跨如图3，每半幅穿以4束9股15.24的T7预应力钢绞线作为临时束，对合拢段临时锁定装置设预压力来抵消温度降低产生的拉力。这样的临时锁定装置保证了锁定结构和悬臂端共同变形，保护了在强度达到设计值前的合拢段混凝土
2．4．2挂篮
合拢段的混凝土采用由原悬臂挂蓝改装为的简支挂篮。
2．4．3配重和浇注时间
为使次边跨和中跨合拢段两悬臂端的竖向变形与浇注后的相等，两悬臂端在浇注合拢段混凝土前，设置重量为50％合拢段混凝土重水箱，并随着浇注不断放水以调整施工荷载。合拢段混凝土的浇注时间一般也选在Et气温较低及气温变化较小的时间段中进行。
2．5预应力束张拉
2．5．1钢绞线张拉
钢绞线的张拉工艺较普及，合拢段与梁体中预应力的张拉没有太多的不同之处。需要注意的是面板中的横向预应力应对称张拉；合拢段防收缩的预应力束，如不是临时束，需按设计在合拢段强度达到后解除；如利用永久束，则需按设计对应力值进行必要的调整。
2．5．2竖向预应力筋张拉
腹板的竖向预应力钢筋是为了抵抗腹板所受的剪应力和主拉应力而设置的。由于竖向预应力筋的长度较短，伸长量相对较小，一般仅几毫米，在本桥主桥边跨现浇段及各合拢段中箱梁最薄处仅1.6m，计算伸长量为4.53mm，因此在实际的施工过程中预应力损失较大。而箱梁竖向预应力的不足，会导致在二期恒载和活载作用下，梁体竖向施加预应力不足以抵抗剪应力和主拉应力作用，产生裂缝，甚至破坏，影响桥梁的正常使用和行车安全。
本桥的竖向预应力采用精轧螺纹钢，张拉的预应力损失主要由于螺母和螺纹钢筋的问隙以及锚垫板和螺母锚固造成的应力损失。在本桥主跨梁体，尤其是合拢段的竖向预应力钢筋的施工中，采用多次反复张拉、旋紧螺母的施工方法来减小张拉时的应力损失，确保了对箱梁腹板施加的竖向预应力达到设计值。
2．6预应力柬张拉张拉顺序
合拢段混凝土达到张拉强度后，可以对通过跨中的各预应力束进行张拉。张拉顺序应按先长束后短束、先顶板后底板再腹板、先边跨后次边跨依次到中跨的顺序。
2．6．1先长束后短束
由于合拢段处有多根预应力钢筋穿过，后批预应力张拉所产生的混凝土的弹性压缩变形对先行张拉的预应力钢筋会造成预应力损失。假设张拉第i批预应力钢筋后，还要张拉(m—i)批。第i批预应力钢筋的应力损失可按下式计算式中：
m—张拉预应力筋的批数
Ey Eh—预应力钢筋和混凝土的弹性模量
ΣΔσhl—在计算截面先批张拉钢筋束重心处，随后张拉的预应力筋对混凝土产生的正应力之和
由上式可得出，先张拉的钢筋束的预应力受混凝土的弹性压缩的损失最大，后张拉的损失相对较小。短束的钢筋束长度较小，对混凝土弹性压缩的作用长度较小，因此后张拉短束，对长束产生的预应力损失较小，反之后张拉长束对短束的应力损失则较大。所以在长短束需要分批张拉时，应采用先长束后短束的张拉顺序，以减小预应力损失。虽然在《桥涵设计规范》中对由于分批张拉而使先张拉预应力筋由于后张拉筋产生混凝土弹性压缩引起的应力损失一般会加以考虑，但是由于张拉的顺序不同，会使粱体局部受力不均，导致局部预应力与设计不符。
2．6．2先顶板后底板再腹板
在主桥合拢之后，合拢段混凝土处于正弯矩作用下，对连续预应力筋的张拉顺序按设计的规定，采用先顶板后张拉底板再腹板的顺序进行张拉，并注意对称实施。
2．6．3及时解除临时预应力束
主桥中T6为箱梁永久束，张拉后无需解除，而T6为合拢段抗收缩的临时束，在合拢段达到强度后，其他预应力束张拉前应及时解除，否则，加上后期底板束张拉应力，对跨中的压应力储备过大，沿预应力作用的横向由于混凝土泊松比会产生较大的拉应力，从而导致横向拉应变，引起底板顺桥向裂缝。
3 结语
在预应力连续粱桥的合拢段施工中，对于临时固结措施的实施在其结构受力中均有其必然的原因。合拢段的施工还有高程的控制等方面的重要施工工艺，对此已有很多全面和深入的研究，并得到了足够的重视，在此不再探讨。本文只是通过一座特大桥的主桥合拢段施工，对合拢段的主要施工工艺，以及在合拢段施工中尤其需注意的施工工艺作了简要的分析。在预应力连续箱粱的合拢段的实际施工中，还有其他不甚相同的施工，但其原理基本相同。只有对合拢段的受力理论加以了解，才能很好理解设计意图，也就能抓住施工工艺的关键点，正确地按图施工，并在工程实践中不断完善理论，提高施工技术。
参考文献
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