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1、分类号 U448 单位代码 10618密 级 学 号 106260246硕 士 学 位 论 文论文题目：预应力混凝土连续刚构桥几个关键技术研究 Study On The Some Key Technologies Of PC Continuous Ridge Frame Bridge 研究生姓名： 刘 意导师姓名、职称： 包立新 副教授申请学位门类： 工 学专 业 名 称： 桥梁与隧道工程论文答辩日期： 2009年3月20日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席：曾德荣 评阅人：周建庭 黄福伟2009年3月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师
2、的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所
3、将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要本文针对连续刚构施工、监控、运营中的最关键问题，以S103线渝巴路南岸区茶园至涪陵区李渡段二级公路改建工程高朝门大桥为工程背景，利用有限元分析为手段，研
4、究了连续刚构合龙段施工、后期下挠问题、底板张拉预应力开裂等关键性问题，介绍了连续刚构施工监控技术。本文具体所做的工作有：(1)通过阅读大量文献，介绍了连续刚构的产生及现状，介绍了连续刚构的特点，从预应力技术和材料的发展阐述了连续刚构的发展趋势；(2)分析了连续刚构施工的关键工序合龙段的施工技术，从合龙方式和合龙配重的设置两个方面分析了对连续刚构后期内力及变形的影响，并且以高朝门大桥为实例进行了论证；(3)通过大量事实提出了目前连续刚构最主要问题是后期的跨中下挠，并且从挠度公式出发，分析了导致产生挠度的原因。以高朝门大桥为实例，利用有限元分析论证了从预应力设置和增大箱梁刚度两个方面减少挠度的措施
5、；(4)针对目前连续刚构施工过程底板开裂问题，提出了以跨中体外直线束代替的底板曲线束解决底板开裂问题，并且以高朝门大桥为例，配置体外直线束，通过计算论证其可行性；(5)介绍了连续刚构施工监控技术内容及方法，并且应用于高朝门大桥实际监控中，分析了监控的内容和成果。关键词：连续刚构；合龙施工；后期下挠；底板开裂；施工监控ABSTRACTThis paper for the key problems of the continuous rigid frame in construction、monitoring and operating，to Gao Chaomen Bridge that is
6、the conversion work of S103 line from Cha Yuan in Nan An district to Li Du in Fu Lin district for engineering background，sduty on construction of closure segment、long-term deflection、cracks in the bottom plate and so on，introduce technology of construction monitoringDetails are as follows：(1) Throug
7、h lots of reading，this paper introduce the continuous rigid frame generated and status introduce characteristics of the continuous rigid frameFrom the development of prestress technology and materials，this paper expounded development trends of the continuous rigid frame(2) This paper analysises the
8、key construction technology of closure segment constructionFrom the way of closure and weight setting，it analysises influence of closure segment technology on force and deformation of the continuous rigid frame which is demonstrated by the example of Gao Chaomen Bridge(3)Through a great lot facts，th
9、is paper brings forward the most serious problem is long-term deflectionFrom deflection of formula，this paper analysises the basic reason of long-term deflectionAs Gao Chaomen Bridge example，this paper analysises the way of reducing deflection by setting prestress and increasing stiffness(4)For the
10、problem of cracks in the bottom plate，this paper brings forward external linear tendons in the mid span instead of internal curve tendons in the bottom plate，as As Gao Chaomen Bridge example，proves it feasibility(5)This paper introduce the content and method of construction monitoring technology and
11、 put this method into onstruction monitoring of Gao Chaomen BridgeAt last，this paper analysises the results of onstruction monitoringKEY WORDS：continuous rigid frame；closure construction;；long-term deflection；cracks in the bottom plate；construction monitoring目 录第一章 绪论11.1 连续刚构桥概述11.1.1 连续刚构桥历史和现状11.
12、1.2 连续刚构的特点41.2连续刚构桥发展及最主要问题51.3 本文主要工作内容6第二章 预应力混凝土连续刚构桥合龙技术问题72.1 连续刚构合龙施工技术72.1.1 连续刚构合龙方式72.1.2 连续刚构合龙锁定72.1.3 连续刚构合龙配重82.2 实桥计算分析92.2.1 高朝门大桥概况102.2.2 高朝门大桥合龙施工122.2.3 不同边跨合龙顺序对高朝门大桥成桥内力影响142.2.4 不同合龙顺序对高朝门大桥成桥挠度影响152.2.5 附加合龙配重对高朝门大桥成桥内力和位移的影响152.3.5 本章小结17第三章 预应力混凝土连续刚构桥长期挠度分析及防治183.1 连续刚构长期挠
13、度问题183.3.1 国内工程实例183.3.2 国外工程实例193.2 长期挠度成因分析203.2.1混凝土的徐变收缩203.2.2预应力损失243.2.3运营期活载超限253.2.4跨中箱梁刚度降低253.3 防治方法253.3.1“零弯矩”法减少徐变挠度253.3.2 增大箱梁刚度法333.4 本章小结34第四章 预应力混凝土连续刚构底板开裂成因分析及防治364.1 目前连续刚构裂缝概况364.2连续刚构桥底板开裂原因分析404.3 连续刚构底板开裂防治措施434.3.1 体外直线束代替底板弯曲束434.3.2 施工中避免出现的问题474.4 总结48第五章 连续刚构施工监控技术分析研究
14、495.1 概述495.2施工控制的内容505.3 连续刚构施工监控结构计算方法505.4 高朝门大桥施工监控分析545.4.1 高朝门大桥施工监控的目的和意义545.4.2 高朝门大桥参数识别及影响因素545.4.3 高朝门大桥施工控制计算内容575.4.4 高朝门大桥控制成果分析625.5 总结70第六章 结论及展望71致 谢72参考文献73攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目75第一章 绪论 5第一章 绪论1.1 连续刚构桥概述1.1.1 连续刚构桥历史和现状1-8连续刚构桥这一桥型首先是在国外发展起来的，由T型刚构桥演变而来的，T型刚构桥是从上世纪预应力引入桥梁施工中发展起来的，它不
15、仅发挥了预应力混凝土结构的受力特点，更使得悬臂施工技术在预应力混凝土梁式桥中的应用得到了新的推广与创新。因此也可以说，连续刚构桥是在预应力技术和悬臂施工的基础上产生发展起来的。19世纪中期以前，各种桥梁均采用有支架的施工法。当时，简支梁、悬臂梁与连续梁三种古老的梁式结构体系中均采用有支架施工。虽然有支架施工最为简单可靠，但这使桥梁的跨越能力受到很大限制，采用此法修建的大多为中小跨径拱桥和简支梁桥。19世纪中期，随着钢铁工业的发展和设计水平的提高，给无支架施工方法和预应力技术的发展提供了有力的依据，此时的工程师也开始摸索如何利用钢材提高混凝土的承载力。1886年，旧金山的工程师P.H.Jacks
16、on在混凝土构件中引入拉紧的钢筋。1888年，德国工程师C.E.W.Dobring在混凝土中埋置低碳钢钢筋，用张拉台施加预应力。20世纪以来，预应力技术的成功，极大地改善和加强了混凝土结构。1928年，法国工程师E.Freyssinet开始尝试采用高强度钢丝施加预应力，使得预应力混凝土取得关键性突破，预应力混凝土技术开始得到广泛应用。1938年德国的E.Hoyer研究成功了依靠高强细钢丝和混凝土之间的粘结力而而不是锚头传力的先张法9。1939年E.Freyssinet研究成功能够把具有极大拉力的高强钢丝锚固在混凝土构件两端的F式锥形锚具和专门张拉和锚固钢丝的双作用千斤顶，使传统的后张法进入实用
17、阶段，为预应力混凝土的推广应用创造了条件。1939年，E.Freyssinet建立了后张法预应力混凝土的施工工艺，为后张法预应力混凝土桥梁的发展奠定了基础。至此 ，预应力混凝土技术有了先张法和后张法两种主要施工工艺。随着预应力混凝土工艺的完善，上世纪50年代德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混凝土修建连续梁桥，为无支架施工方法莫定了基础。在混凝土桥的施工中引入刚桥自架设体系的施工方法，即将桥梁的上部结构分节段或分层来支撑，逐步完成全桥的施工，也就是无支架而靠自身结构进行施工，人们称之为自架设体系施工法。它的广泛采用，使得混凝土T型刚构的修建以及桥梁的跨径都得到了较大的发展7。悬臂施工的关键在于施工
18、体系的平衡，而传统的梁桥是墩梁铰接的，在施工中又难于保持体系的绝对平衡，这就要求墩梁固结，利用桥墩本身的抗弯刚度来抵御不平衡弯矩，这样就出现了T型刚构。世界上第一座自架设体系的预应力混凝土T型刚构桥，是联邦德国于1953年建成的沃伦姆斯(Worms)大桥，主跨为114.2m，跨越莱茵河，带铰T型刚构。是由杰出的桥梁工程师乌利希芬斯特瓦尔德(Ul-richFinsterwalder)主持建造，采用挂篮现浇平衡悬臂施工，该桥是这种施工方案成熟的标志，也使得该种施工方法在德国得以广泛运用。1964年联邦德国又建成了的本道尔夫(Bendorf)桥，主跨208m，不仅再一次显示了悬臂施工法的优越性，而且
19、在结构上有了创新，薄型的主墩和上部结构固结，形成带铰的连续刚构体系。随后的几十年发展，建造了多座不带铰的连续刚构桥，刚构桥向着大跨径、超长连续梁桥发展。1985年，澳大利亚建成的门道桥(Gateway)，跨径为145+260+145m，采用了双薄壁柔性墩、单室箱型主梁和50号高强混凝土，该桥保持世界第一达12年之久，是一座里程碑式的建筑。从此，连续刚构桥得到了蓬勃发展，如澳大利亚的Mooney桥(130+220+130m)、英国Orwell桥以及目前国外公路桥梁中跨径最大的预应力混凝土连续刚构桥挪威于1998年底建成的斯托尔玛(Stolmasund)桥及其姊妹桥阿夫特(Raftsund)桥，主
20、跨跨径分别为301m和298m，连续刚构桥的发展迈向了高潮。我国古代在桥梁建设技术上取得了辉煌的成就，早在英国人李约瑟所著的中国科学技术史中就说我国的科学技术“往往远远超过同时代的欧洲，特别是15世纪以前，更是如此”。建造难度大、施工技术复杂的泉州洛阳桥，是一座濒临海湾的大石桥，地处浪涛汹涌的海口，开创了现代称为筏形基础的桥基，采用抛石技术并巧妙地用生生不息的牡蛎使筏形基础固结成整体。然而，封建制度的长期统治大大束缚了生产力的发展，清朝的闭关锁国一度使中国与世界失去了联系，中国的建桥技术也一度落后于世界水平。新中国成立后，我国桥梁施工技术进入辉煌的时期。连续刚构桥也在我国迅速发展起来。1968
21、年底建成柳州桥是中国采用悬臂浇筑法建成的第一座预应力混凝土T型刚构城市桥，该桥位于广西柳州市，跨柳江，主桥长408.19m，由3个T构和挂梁组成，最大跨度124m，挂梁长25m。桥宽20m，采用双箱双室截面与三向预应力配筋。下部结构利用原拟采用的120m钢桁架连续梁桥的桥墩，加固改建而成。当时这种桥型的设计与施工的资料均甚缺乏，借助于悬臂梁的节段尺寸做了大量模拟试验研究。1988年建成通车的广州番禺洛溪大桥是l05国道广州市与番禺区交界的一座特大桥，它跨越广州港出海的南航道，可以保证7000吨海轮通过。洛溪大桥全长1916.04m，其中主桥长480m，为65m+125m+180m+110m不对
22、称四孔完全连续刚构，不再设挂梁。主跨180m的连续刚构，桥面净宽15m，按同类桥型，在当时居世界第六，亚洲第一。洛溪大桥是“中国桥梁发展史上里程碑作用”(项海帆院士语录)的一座大桥。洛溪大桥是我国首次引进瑞士群锚技术工艺施工的桥梁，结构轻薄、造型漂亮。在上个世纪80年代，这些工艺在全国都是领先的，因此，洛溪大桥在推动和发展我国预应力桥梁方面起到革命性的领先作用和推动作用。1995年12月建成通车的黄石长江大桥位于长江中游的湖北省黄石市，是国家公路干线上海至成都312国道上的特大型连续刚构桥，该桥全长2580.08m，主桥长1060m，为162.5+3245+162.5m五跨连续刚构桥，桥宽20
23、m，其中机动车道宽15m，非机动车道各宽2.5m设于两侧。黄石岸引桥长840.7m，由连续箱梁桥和桥面连续简支T型梁桥组成；浠水岸引桥长679.21m，由桥面连续简支T型梁桥组成。主桥墩采用28m直径双壁钢围堰加16根3m钻孔灌注桩基础，具有较高的防船舶撞击能力。通航净空20024m，可容5000t单体轮船或32000t大型船队上下通航。我国1997年修建的广州虎门大桥辅助航道桥为主跨270m的预应力连续刚构桥，为当时最大跨径，位于R=7000m的平曲线上，跨径150m+270m+150m。上部结构为变截面箱梁，三向预应力结构，采用挂篮悬臂浇注施工，下部结构采用钻孔灌注桩群桩基础，分离式桥墩。
24、该桥分上、下行桥，墩高35m，每幅桥双壁墩身中距9m，墩身为单室箱，宽3m，壁厚纵横向均为50cm，主梁为单室箱，跨中箱高5m，根部14.8m箱顶宽15m，顶板厚25cm，跨中底板厚32cm，根部130cm。腹板厚40-60cm，用C55混凝土。在预应力束的布置上，彻底取消了弯起束和连续束，仅在边跨梁端有少量钢束因受力需要而部分弯起。虎门大桥辅航道桥是我国预应力混凝土连续刚构桥发展中又一座重要的桥梁，无论设计、施工、科研上都取得了重要的成果，为我国修建跨径300m以上的预应力混凝土连续刚构桥作好了较充分的技术准备。1999年建成的重庆黄花园大桥全桥长1208m，其上部结构为137.16+325
25、0m+137.16m五跨预应力连续刚构桥，桥宽31m，中间设1.5m的中央分隔带，车行道24.5m，人行道22.5m，通航净高20m。该桥在四个主墩上按T构用挂篮分段对称悬臂浇注，合龙段在吊架上现浇，边跨现浇段在落地支架上浇注，按对称悬臂浇注边跨合龙边中跨合龙中跨合龙顺序进行施工。该桥主跨跨径居世界同类桥型第三，连续刚构长度居世界第一。2006年建成的重庆长江大桥复线桥，主体结构为连续刚构体系，全长1011m、宽19m，单向4车道，钢混的330m主跨为“世界第一跨”。该桥创造了五个“世界第一”：复线桥与重庆长江大桥，形态相似的双桥过江，共同构成全世界第一座“姊妹桥”；钢混结构的主跨长330m，
26、是同类桥梁中的“世界第一跨”；主跨钢箱梁的整体制造为世界第一；主跨钢箱梁整体浮运世界第一，从湖北武汉一直逆水上行1200公里抵达重庆；主跨钢箱梁整体吊装全世界第一。该桥将连续刚构世界跨径的301m提高到了330m，钢混结构的主跨给连续刚构桥的发展带来了新的方向。2007年5月11日，苏通大桥辅航道桥合龙。该桥为主跨268m的连续刚构，上部结构为双幅单箱单室梁，顶板宽16.5m，底板宽7.5m，箱梁高度由根部15m到跨中4.5m按1.6次抛物线变化，底板厚度由根部1.7m到跨中0.32m也按1.6次抛物线变化，箱梁顶板最小厚度0.32m，腹板厚度有0.70.60.50.45m。下部结构为双薄壁矩
27、形空心结构。苏通大桥辅航道桥采用预应力“零弯矩”的设计控制理念，为以后控制大跨径连续刚构桥长期下挠提供了新的思路。目前，世界上已建的大跨度连续刚构桥统计情况如下：表1.1大跨度连续刚构统计表Table 1.1 Statistics of large span continuous ridge frame bridges序号桥名主跨(m)桥址年份1重庆石板坡长江大桥330中国重庆20062Stomla桥301挪威19983Raftsundet桥298挪威19984虎门大桥辅航道桥270中国广东19975苏通大桥辅航道桥268中国江苏20076元江大桥265中国云南20037Gateway260澳
28、大利亚19858宁德下白石大桥260中国福建20039泸州长江二桥252中国四川200110重庆黄花园大桥250中国重庆1999桥梁的发展是建立在材料和施工技术发展的基础之上的，随着更加轻型化的混凝土材料的研发使用，更加先进的施工机具的使用，连续刚构桥朝着更大跨度发展。1.1.2 连续刚构的特点连续刚构桥是从T构和连续梁发展而来的，因此既保持了连续梁的特点连续无缝、行车平顺，有继承了T型刚构的墩梁固结，施工方便，免去大型支座的安装及使用维护的费用，最大限度地应用平衡悬臂施工方法，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，它利用较高的薄壁墩的柔度来适应结构由温度、混凝土收缩徐变和预应力引起的位移
29、，能满足特大跨径桥梁的设计要求1。连续刚构桥墩梁固结，桥墩的厚度大大减少，同时竖向荷载作用下大大减少跨中正弯矩，从而减少跨中梁的高度，自重减轻，大大提高跨越能力。连续刚构桥要求主墩有一定柔度而形成摆动支承体系，因此在大跨、高墩结构中采用。在结构上常采用变截面主梁；受力方面，上部结构仍为连续梁特点，但必须计入由于桥墩受力及混凝土收缩、徐变、温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响，桥墩虽有一定的柔度，所受弯矩有所减少，但在墩梁结合处仍有刚架受力性质2。连续刚构桥其优越的施工方法和较低的经济指标，使其在跨越河谷，山区道路及大中型河流上建设中等跨径桥梁时的首选桥型5。1.2连续刚构桥发展及最主要
30、问题10连续刚构的发展将会随着预应力技术，新型材料，施工体系等的发展而发展。预应力思想被喻为本世纪中最为革命的结构思想，它源于1910年法国工程师金弗来西奈设计建造的足尺试验拱桥(跨度72.5m)中11。此后的数十年里被推广到混凝土结构中，形成了一整套预应力混凝土技术。在桥梁工程的建设中，发挥出重大作用，创造了巨大的经济与社会效益，其应用已遍及各种桥梁结构形式，不仅带动了中小跨度桥梁的迅猛发展，也促成了大跨度桥梁的进步。此外，它也被用于桥梁工程的施工过程之中，衍生出许多新的施工方法和工艺。当今由于预应力思想的结合，使得预应力混凝土已成为本世纪最主要的桥梁材料。预应力技术更加丰富和灵活的得到运用
31、，部分的预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用，不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是，可以避免全预应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；结构刚度较全预应力小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。体外预应力得到了应用与发展。体外预应力早在本世界20年代末就开始应用，70年代后应用多了起来。体外配索，可以减小截面尺寸，减轻结构恒载，提高构件的施工质量；力筋的线型更适合设计要求，其更换维修也较方便。加固桥梁时用体外索更是方便。著名的美国Longkey桥，跨径36m，即是采用了体外索。大吨位预应力索应用增加。现在不少桥梁中已采用每束500t的预应力索。预应力索一
32、般平弯，锚固于箱梁腋上，可以减小板件的厚度，减轻自重，局部应力也易于解决。无粘结预应力得到了应用与发展。无粘结预应力在国外50年代中期广泛用于建筑业，美国目前楼板中，99%采用现浇无粘结预应力。无粘结预应力结构施工方便，无需孔道压浆，修复容易，可以减小截面高度；荷载作用下应力幅度比有粘结的预应力小，有利于抗疲劳和耐久性能。双预应力，即除用预张拉预应力外，还采用了预压力筋，使梁的截面在预拉及预压力筋作用下工作。预弯预应力梁是在钢工字梁上，对称加两集中力，浇筑混凝土底板，卸除集中力，这样底板混凝土受到预压，然后再浇筑腹板和顶板混凝土。有的国家如日本已有浇筑好底板的梁体作为商品供应。材料将不断革新，
33、新材料将被开发并得到应用。土木工程发展史就是材料的变革史，材料的每一次变革都会带来土木工程的巨大飞跃。桥梁工程因此获得了一次又一次的发展机遇。公元前5世纪至公元前3世纪，砖出现于中国，实现了土木工程的第1次飞跃，开始了砖、木结构的桥梁时代。19世纪波特兰水泥、现代钢材在欧洲的出现，实现了土木工程的第2次飞跃，桥梁工程获得了空前大发展，桥梁结构形式及规模有了突破。本世纪初叶，预应力混凝土的出现，实现了土木工程的第3次飞跃，开始了混凝土桥梁结构的时代。21世纪，出现了以碳纤维为代表的一系列高级复合材料，如超高强硅粉和聚合物混凝土、高强双相钢丝纤维增强混凝土、纤维塑料等，现正逐步渗透到桥梁工程领域之
34、中，取代目前桥梁用的钢和混凝土。这些新型材料将会给土木工程带来第4次飞跃，我们将拭目以待。随着新型建筑材料的出现和新的施工技术的开发应用，连续刚构以其特点继续广泛被采用无需置疑，然后连续刚构桥发展中也出现了许多问题。目前，连续刚构桥亟待解决的问题就是后期下挠和底板开裂。越拉越多的桥梁在建设中出现了不同程度的底板开裂问题，严重影响了连续刚构桥梁施工安全、质量，其原因涉及到设计和施工两个方面；连续刚构桥后期下挠问题已经成为困扰连续刚构桥发展最需解决的问题。实际运营阶段主梁下挠的幅度，特别是对于主跨200m以上的混凝土连续刚构桥，后期下挠有的已接近跨径的1%，而且跨中下挠会进一步加剧箱梁底板开裂，使
35、结构刚度降低，进一步加剧了跨中下挠。跨中下挠的涉及到的因素比较多，全面考虑可能会使问题更加复杂，因此需要抓住问题的本质，提出解决问题的措施和方法。1.3 本文主要工作内容本文就是在当前连续刚构桥出现了几个关键问题的背景下，以S103线渝巴路南岸区茶园至涪陵区李渡段二级公路改建工程主线上的高朝门大桥为工程实例，主要做了以下研究工作：分析了连续刚构施工中的关键技术合龙段的施工。以高朝门大桥为例，重点从合龙段的施工顺序及配重设置两个方面，分析了对连续刚构成桥内力及位移的影响；分析了连续刚构桥后期跨中下挠问题，提出了改善箱梁预应力分布和跨中附近箱梁构造两个方面解决后期下挠问题的方法。并且以高朝门大桥为
36、例，分析预应力的配置对后期跨中挠度的影响结果和改进跨中箱梁高度尺寸后对后期跨中挠度的影响；分析了连续刚构桥施工中的底板开裂问题，提出了解决底板开裂问题的方法和施工中防治底板开裂问题的措施。以高朝门大桥为例，分析了体外直线束代替底板曲线束的可行性；分析了连续刚构监控技术，并且通过实桥分析了整个监控过程和结果。第二章 大跨度连续刚构合龙关键技术问题 17第二章 预应力混凝土连续刚构桥合龙技术问题连续刚构施工中合龙预示着结构体系的转变和整个桥梁的形成，是施工中的关键环节，其工艺复杂，工序繁多，施工难度大，而且不同的合龙顺序和方式对桥梁后期的内力变形影响都不一样，因此有必要对连续刚构的合龙关键技术进行
37、一些分析研究。2.1 连续刚构合龙施工技术1-212-172.1.1 连续刚构合龙方式连续刚构不同的合龙顺序方式引起的结构恒载内力不同，体系转换时由徐变引起的内力重分布也不相同，一般有以下几种合龙方式：边跨至中跨的依顺序合龙。该方式先悬臂施工各个墩上的梁段，形成单T结构，在支架上浇筑边跨现浇段，然后按边跨至中跨的顺序依次合龙。先边跨合龙后中间合龙，该方式是在完成下部结构施工后，首先进行两边跨的合龙，形成单悬臂体系，再进行中间墩梁段的，最后完成全桥一次性合龙。先形成双悬臂刚构再顺序合龙，该方式首先进行每个单T结构的施工，再将中间墩相邻两个T构合龙形成双悬臂体系，然后边跨合龙，最后依次进行全桥双悬
38、臂体系间的合龙。合龙段施工方式的选择主要从结构内力合理、施工组织安排及施工方法等方面考虑选择合适的合龙施工顺序。2.1.2 连续刚构合龙锁定连续刚构合龙口的锁定也是合龙施工的关键，锁定方式、时间的选择，锁定受力分析都需要详细的考虑。连续刚构合龙段一般设置劲型钢骨架预先锁定合龙。因为劲型钢骨架具有强大的抗拉压能力，可以承担合龙处混凝土在浇注、养护时可能产生的拉力、压力、弯矩、剪力和扭矩。如果合龙段混凝土在未达到强度前就承担了过大的外力和变形，会引起开裂，从而将严重的影响其应有的质量和力学性能。因此利用劲性骨架代替合龙段混凝土承受未达到强度前的受力和变形，保证合龙段混凝土的质量和受力安全，同时在桥
39、梁合龙后，劲性骨架增大了合龙段的刚度和强度，对增加桥梁的整体性都有一定的贡献。劲型钢骨架的设置一般有以下两种方式：箱梁内刚性支撑骨架，即将劲型钢骨架埋置于箱梁混凝土内。该种方式的优点是劲性骨架埋在混凝土中，不易受到腐蚀，不影响桥梁的外观。缺点在于施工阶段，由于体内式劲性骨架多埋置在箱梁的四个倒角附近，因此倒角部位的钢筋放置很不方便；而且由于骨架及剪力撑的影响，箱梁现浇混凝土震捣比较麻烦。骨架在腹板倒角处，焊接操作空间狭小，工作困难。箱梁外刚性支撑骨架，即将劲型钢骨架埋置于箱梁混凝土外。该种方式的优点在于施工方便，无论是劲性骨架的预埋、普通钢筋的放置、骨架的焊接、混凝土的震捣，都明显优于体内式。
40、它的缺点在于成桥阶段劲性骨架容易被腐蚀破坏并影响桥梁视觉效果。另外，为了减轻温度降低时钢骨架的受力，一般在合龙段设置临时合龙预应力束来抵抗降温时候产生的拉力，当然，这就需要钢骨架的刚度更大，以便能承受预应力束的压力。这样，当温度升高时，劲型骨架承受由梁体伸长产生的压力；当温度降低时，预应力束承受梁体收缩产生的拉力。合龙锁定时期的选择应考虑以下一些方面：根据合龙段的气温预报情况，测试分析气温与梁温的相互关系，以确定合龙施工时间并为合龙锁定方法提供依据。根据结构情况和梁温的可能变化情况，选择合理的合龙锁定方法并进行必要的合龙日力学验算。选择日气温较低，温度变化幅度较小时锁定合龙口并浇筑合龙段混凝合
41、龙口的锁定应迅速、对称地进行，先将外刚性支撑一端与梁端部预埋件焊接，再将内刚性支撑顶紧并焊接，最后迅速将外刚性支撑另一端与梁连接，临时预应力束也应随之快速张拉。2.1.3 连续刚构合龙配重合龙配重也是连续刚构悬臂施工合龙的关键步骤之一。配重设置主要考虑合龙段混凝土浇注过程的荷载等代替换和附加配重，附加配重主要视施工中的具体情况而设置的调整梁体内力和变形。合龙设置配重主要有以下三种方面的作用：合龙段混凝土浇注过程保持合龙段两端不发生相对位移。合龙段浇注过程中，混凝土的重量会使合龙段及悬臂端产生一定的下挠，使合龙段底部产生拉应力，有可能使原先浇筑的底部局部开裂，影响合龙段混凝土的浇筑质量；而且合龙
42、段浇注过程中由于混凝土重量的施加，两端悬臂会产生相对变位，这中变位会在劲型骨架中产生剪切力，对劲型骨架的受力很不利。如果预先施加与合龙段混凝土等重量的配重，并在浇筑混凝土时等量同步释放该配重，那么合龙段两端就不会因为浇筑混凝土而产生相对变位，从而保证了合龙段混凝土的浇筑质量以及劲型钢骨架的受力安全。调整合龙段两端的标高。由于多种因素影响，合龙段两端的标高可能与控制的预期标高不完全吻合，造成合龙误差。合龙误差会影响劲型钢骨架焊接困难以及后期预应力束的集中力。因此合龙前因施加一定的配重调整合龙段两端的标高在合理的范围内。调整不平衡弯矩。边跨合龙段的施工过程可能会使边跨和中跨产生不平衡的荷载，从而从
43、桥墩受到不平衡弯矩，对桥墩不利。因此可以通过配重抵消掉不平衡荷载。调整成桥后的收缩徐变。连续刚构合龙前属于悬臂静定结构，附加荷载的的加载和卸载对结构的影响可以抵消；但合龙后结构体系发生变化，合龙前施加的荷载，合龙后的卸载会在结构中产生附加内力和位移。因此，就可以根据这点通过在合龙前施加配重，在合龙混凝土达到强度参与结构受力后拆除配重来调节桥梁内力和收缩徐变。如图2.1所示分别表示合龙前施加附加配重的弯矩图、合图2.1 附加配重弯矩图16Fig 2.1 Bending moment diagrams of additional weight龙后除附加配重的弯矩图以及由它们叠加后的弯矩图。可以看出
44、，叠加后的内力全为负弯矩，即无论对中跨还是边跨，其作用都是使梁体上拱，这对减小成桥后由混凝土徐变引起主梁跨中下挠是很有利的。2.2 实桥计算分析以高朝门大桥为例，分析不同合龙顺序对成桥恒载内力变形的影响以及合龙配重的作用。2.2.1 高朝门大桥概况18高朝门大桥是S103线渝巴路南岸区茶园至涪陵区李渡段二级公路改建工程主线上的一座大桥，位于涪陵区新妙镇八一村5社及大和村6社间，桥起止桩号为：K40+950.00 K41+224.00，桥梁全长274.00m，设计桥宽12.50m。图2.2 高朝门大桥平面图Fig 2.2 Floor plan of Gao Chaomen Bridge高朝门大桥
45、为一座三跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为：66+120+66m，桥梁总长274m，边跨与主跨度的比值为0.550。主梁零号块长13m(包括桥墩两侧悬臂各1.5m)，每个“T”构纵向划分为13个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为63.5m、74.5m，累计悬臂总长59m，采用悬臂浇注施工，施工节段图如图2.3和图2.4所示。图2.3 边跨箱梁施工示意图Fig 2.3 Schematic diagram of the side span in a box girder图2.4 中跨箱梁施工示意图Fig 2.4 Schematic diagram of the middle span
46、in a box girder上部结构采用预应力混凝土箱梁，单箱单室截面，箱顶宽12.5m(9.0m行车道+21.5m人行道+20.25m护栏)，箱底宽6m，单侧悬臂宽度3.25m。箱梁跨中梁高2.8m，根部梁高7.5m，梁高按半立方抛物线变化，箱梁底板厚度从箱梁根部截面的1.1m渐变至跨中及边跨支点截面的0.32m，按二次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用50、65cm两个级别变化，箱梁零号块腹板厚度120cm，1-6号块腹板厚度65cm，7-14号块腹板厚度50cm。箱梁截面参数表2.1所示。主梁采用悬臂浇筑法施工，有两个边跨合龙段和一个中跨合龙段，三个合龙段均为2m，每个混凝土方量为20.2m
