大跨径预应力混凝土部分斜拉桥合龙对顶施工控制研究_肖宏笛.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023474大跨径预应力混凝土部分斜拉桥合龙对顶 施工控制研究肖宏笛，史晓贞，黄 精，陈仁贵（武汉华中科大检测科技有限公司，430074，武汉）摘要：由于混凝土收缩徐变及温差效应的影响，大跨径预应力混凝土矮塔斜拉桥在施工及运营过程中不可避免地会产生下挠，从而引起墩顶的纵向偏位，使墩底产生较大次内力。为了消除这种不利影响，通常在中跨合龙前，对跨中合龙段主梁施加一对对顶力，来抵消塔墩纵向偏位产生的不利影响。以剑潭东江特大桥为背景，建立该桥三维有限元模型，分析混凝土收缩徐变及温差效应产生的塔墩偏移量。根据计算塔墩偏移量确定顶推力，设计合理顶推装置。监控结果表明，对顶效应实测结果与计算结果吻合较好，对顶合龙达到了抵消收缩徐变及温差效应产生的不利影响的效果。关键词：部分斜拉桥；合龙；对顶；收缩徐变；温度效应；施工控制中图分类号：TU 758.11 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)04-0474-03rEsEArcH oN coNsTrucTioN coNTrol oF closurE TEcHNiQuEs For pArTiAlly cABlED-sTAyED prEsTrEssED coNcrETE BriDGE wiTH loNG spANXIAO Hong-di,SHI Xiao-zhen,HUAnG Jing,CHEn Ren-gui(Wuhan Huazhong University of science and Technology Testing Technology Co.,Ltd.,430074,Wuhan,China)Abstract:Due to the concrete creep shrinkage and temperature effect,deflection of prestressed extradosed cable-stayed bridge with long span is inevitable during construction and operational course,which can cause the longitudinal deflection of pier top and the secondary internal force of pier bottom.To eliminate the negative effect,pairs of lifting forces are usually applied to the main beam of the mid-span before closure.In this paper,a three-dimensional finite element model is established based on the Jiantan Dongjiang bridge to analyze the deviation of tower piers caused by concrete creep shrinkage and temperature effect.After that,the thrust is determined by the offset of tower pier and the reasonable thrust device is designed.The monitoring results show that the measured results are in good agreement with the calculated results,and the negative effect of concrete creep shrinkage and temperature is eliminated.Keywords:partially cabled-stayed bridge;closure;counter-thrust;shrinkage and creep;temperature effect;construction control1 工程概况剑潭东江特大桥位于广东省惠州市惠城区与博罗县交界处，是赣深高铁全线控制性工程。大桥跨径布置为（136+260+136）m=532 m，桥面宽 31.2 m，为四线高速铁路预应力混凝土部分斜拉桥，是目前世界上桥面最宽跨度最大的四线无砟轨道混凝土斜拉桥。本桥主梁采用悬臂浇筑施工，先边跨合龙再中跨合龙，斜拉索分两次张拉，先初张拉，在桥面二永久荷载（除无砟轨道）施工完成后进行终张拉，斜拉索终张拉完成后进行无砟轨道施工。主桥总体布置如图 1 所示。5321361362601345图 1 总体布置示意（m）结构计算采用桥梁专用有限元软件 MIDAS CIVIL 2020 建立了主桥空间有限元模型。全桥共划分为 626 个单元，617 个节点。其中墩、塔、梁采用梁单元，斜拉索采用只受拉桁架单元，墩、塔、梁之间采用刚性连接，墩底固结。三维有限元模型如图2 所示。收稿日期：20221210作者简介：肖宏笛（1993），男，河南信阳人，工程师，硕士，e-mail:.2023 年 2 月475肖宏笛，等：大跨径预应力混凝土部分斜拉桥合龙对顶施工控制研究图 2 三维有限元模型2对顶合龙控制分析预应力混凝土部分斜拉桥在施工及运营过程中产生的墩顶纵向变位主要是由混凝土收缩徐变及温差效应引起。为了抵消这种纵向变位，通常是在跨中合龙时在两个悬臂端施加对顶力，为了确定对顶力大小，需要计算在收缩徐变及温差效应影响下的墩顶纵向变位。2.1收缩徐变效应分析混凝土的收缩徐变是与时间有关而不依赖于荷载的一种变形，是混凝土本身所固有的材料特性。在收缩徐变作用下，混凝土主梁梁体长度缩短、跨中下挠，从而引起墩顶发生顺桥向偏位，使墩身产生过大附加弯矩，当附加弯矩超出设计容许值时，会导致墩身开裂。对剑潭东江特大桥成桥后收缩徐变引起的墩顶顺桥向位移进行了分析。由表 1 及图 3 可知，成桥后运营阶段在长期收缩徐变作用下，墩顶位移呈现非线性变化，且在 15 年后逐渐趋向于稳定。同时由于两个主墩墩高不同，两个主墩墩顶顺桥向位移略 有偏差。表 1 墩顶在成桥后收缩徐变荷载作用下的 纵向位移量 mm位置位移量1 年3 年5 年10 年15 年20 年25 年30 年3 号12.823.628.733.635.235.735.936.04 号12.522.927.632.133.634.134.334.4顺桥向位移/mm4 号墩顶5 10 15 20 25 30时间/年403020100102030403 号墩顶图 3 收缩徐变引起的墩顶顺桥向位移2.2合龙温差效应分析由于工期及现场条件限制，中跨实际合龙温度与设计合龙温度会存在偏差。如果实际合龙时温度高于设计合龙温度，则会导致合龙后温度下降空间比上升空间更大。由于热胀冷缩效应，当温度下降时，主梁梁体会缩短，从而引起墩顶发生顺桥向偏位，使墩身产生过大附加弯矩，当附加弯矩超过设计容许值时，会引起墩身开裂。对剑潭东江特大桥成桥后降温作用引起的墩顶顺桥向位移进行了分析。由表 2 及图 4 可知，成桥后降温作用下，墩顶位移呈现线性变化，降温温差越大，顺桥向位移就越大，且在降温温差达到 10 时，顺桥向位移达到12.7 mm。表 2 墩顶在成桥后降温作用下的纵向位移量位置位移量/mm1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 号墩1.32.53.85.16.37.68.910.111.412.74 号墩1.3 2.5 3.8 5.1 6.3 7.6 8.9 10.1 11.4 12.7顺桥向位移/mm4 号墩顶1 2 3 4 5 6 7 8 9 10降温/151050510153 号墩顶图 4 收缩徐变引起的墩顶顺桥向位移2.3 顶推位移量的确定通过以上分析，可知收缩徐变及合龙温差效应对墩顶纵向偏位的影响因素及对应关系。在最终确定实际顶推位移量时，还需考虑模型与实际的差别及成桥运营状态最佳的保持时间。根据现场实测收缩徐变影响值及合龙实际温度，剑潭东江特大桥合龙顶推位移量为考虑 5 年收缩徐变和降温 5 对应的墩顶顺桥向位移量之和，对顶位移量取值见表 3。表 3 墩顶对顶位移量取值工况3 号墩4 号墩收缩徐变 5 年/mm28.727.6降温 5 /mm6.36.3合计35.033.9建 筑 技 术第 54 卷第 4 期4762.4 顶推力的确定为了能够抵消收缩徐变及合龙温差效应产生的墩顶纵向偏位，需要在中跨悬臂端施加一对对顶力。剑潭东江特大桥合龙顶推装置如图 5 所示。600 t 千斤顶5502 41020 mm 钢板（a）（b）图 5 合龙顶推装置（a）顶推装置；（b）千斤顶在对顶过程中，由于千斤顶产生的合力无法与截面形心完全重合，因此在实际的对顶过程中除了对主梁施加了一对对顶力还对主梁截面形心产生了一对偏心力矩。为了确定抵消纵向偏位所需对顶力及施加对顶力产生的悬臂端挠度，在有限元模型中分别计算量不同级别的顶推力作用下的顶推效应。表 4 为不同顶推力作用下的顶推效应。表 4 不同顶推力作用下的顶推效应 mm顶推力大小/kN3 号墩4 号墩墩顶顺桥向位移 悬臂端挠度 墩顶顺桥向位移 悬臂端挠度10 00011.211.311.112.515 00018.918.417.719.720 00025.424.823.826.425 00031.931.329.933.130 00038.937.836.039.8根据表 3 及表 4 计算结果，剑潭东江特大桥合龙前的顶推力设置为 25 000 kN，顶推过程采用顶推力及顶推位移双控，偏差不超过 10%。3顶推效应分析按照图 5 顶推装置及表 4 合龙控制参数进行现场顶推施工，对各顶推力作用下墩顶位移及悬臂端挠度进行监测，得到的实测结果见表 5。由表 5 可知，顶推实测值与理论值的比值在0.930.95。实测顶推效应与理论顶推效应基本吻合，顶推效果满足要求。4结束语为了改善大跨径预应力混凝土部分斜拉桥在合龙温差及收缩徐变作用引起的桥墩过大次内力，通常需在中跨合龙前施加对顶力。表 5 实测对顶位移分析 mm顶推力/kN10 00015 00020 00025 0003 号墩墩顶顺桥向位移理论值11.218.925.431.9实测值10.61823.930.1比值0.950.950.940.94悬臂端挠度理论值11.318.424.831.3实测值10.617.123.128.3比值0.940.930.930.94 号墩墩顶顺桥向位移理论值11.117.723.829.9实测值10.716.822.628.2比值0.960.950.950.94悬臂端挠度理论值12.519.726.433.1实测值11.918.524.631.9比值0.950.940.930.93通过对剑潭东江特大桥的对顶合龙控制进行分析，得到如下结论。（1）剑潭东江特大桥成桥运营阶段收缩徐变引起的墩顶顺桥向位移在 5 年内累计的变化量占 30 年总的收缩徐变的 80%，在 10 年后基本趋于稳定，考虑成桥运营状态的最佳保持时间，本桥合龙顶推考虑5 年收缩徐变引起位移量。（2）合龙温差效应对墩顶位移量的影响基本呈线性关系，合龙温度越高，需要的对顶力越大。剑潭东江特大桥设计合龙温度为 1520，实际施工合龙温度为 25，本桥合龙顶推考虑 5 温降引起的位移量。（3）施加对顶力，会使悬臂端产生较大竖向位移，最大达到 33.1mm，对主梁预拱度有一定影响，在悬臂施工过程中要提前设置预拱度予以抵消。（4）剑潭东江特大桥按照研究的对顶方案进行控制，实测效应与理论效应吻合较好，能够很好地改善运营阶段桥墩的受力状况。参考文献1 徐君兰.大跨度桥梁施工控制 M.北京:人民交通出版社,20