1、10 铁道建筑 Railway Engineering 文章编号：10031995(2015)08001003 基于墩顶位移确定铁路连续刚构合龙顶推力 郭 铮 (兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州 730000) 摘要：为改善由温度变化和混凝土收缩徐变引起的附加弯矩对连续刚构桥的影响，在刚构合龙前施加适 当的顶推力，是较为理想的工程措施。本文以尕吉拉尕大桥为例，通过对不同合龙顶推力所产生的效应 进行对比分析，明确了合龙顶推力大小可以通过消除墩顶的不利水平位移来确定，而合理顶推力消除的 水平位移应等于整体升降温引起的不平衡位移差与成桥初期混凝土收缩徐变作用引起的位移之和。采 用本方法确定合龙顶推力
2、较为简便，可供同类桥梁的设计及施X-参考。 关键词：连续刚构 顶推力 位移 温度力 收缩徐变 中图分类号：U44813文献标识码：A DOI：103969jissn1003199520150803 连续刚构桥因其整体刚度大，结构静力性能和动 力性能较好等特点，在活载大、刚度要求高的铁路桥梁 中应用前景广阔。但连续刚构由于墩梁固结，是多次 超静定结构，连续刚构合龙后，温度效应和混凝土收缩 徐变会在桥墩引起很大的附加弯矩及墩顶水平位移； 尤其当桥墩刚度较大时，这种不利附加弯矩影响尤为 突出。为减轻该不利影响，在连续刚构施工合龙前施 加适当的顶推力是行之有效的应对措施。 顶推力主要为抵消温度力及混凝
3、土收缩徐变作用 下产生的水平位移而设。其中由温度力产生的水平位 移较为明确，只需抵消整体升降温引起的位移差即可。 而混凝土收缩徐变作用具有随时间增加而增大的特 点，顶推力应抵消多少收缩徐变作用引起的位移，成为 设计时需确定的主要参数之一。该参数的取值主要有 以下两种思路：顶推力仅抵消成桥初期混凝土收缩 徐变引起的部分水平位移，使成桥初期墩顶水平位移 为0；顶推力抵消收缩徐变引起的所有水平位移，使 收缩徐变基本完成时墩顶水平位移为0。本文将以实 际工程为背景，通过对不同顶推力效应的比较与分析， 确定合理的顶推力，较好地改善结构受力情况。 1工程概况 兰合铁路尕吉拉尕大桥位于甘肃省甘南藏族自治 州
4、夏河县境内，该桥位于V形沟沟口，地形复杂。为 跨越V形深沟，减少刷方，设计采用一联(60+2100 +60)m预应力混凝土变截面连续刚构，全桥布置如 图1所示。该桥位于R=800 m的曲线上，采用变截面 预应力混凝土箱梁上部结构，单箱单室截面，箱梁顶宽 75 nl，底宽50 ITI；中支点处梁高75 m，跨中及边跨 梁端处梁高46 m；梁体下缘除中跨合龙段及边跨梁 端为等高直线段外，其余按二次抛物线变化。桥墩墩 身均采用钢筋混凝土矩形薄壁空心墩。1 ，3 主墩墩 顶纵横向尺寸为6 ITI75 m，墩身纵向直坡，墩壁纵 向厚08 in，横向外坡35：1，内坡45：1，墩壁横向随坡 率变厚，墩颈最
5、薄处为08 m，墩高为37 n3。2 主墩墩 顶纵横向尺寸为70in751TI，墩身纵向直坡，墩壁 800 23 6 075 10 000 10 000 6 075 23 800 收稿日期：2015-03-25；修回日期：201506-10 作者简介：郭铮(1984一)，男，甘肃武山人，工程师。 2 墩 图1 尕吉拉尕大桥立面(单位：cm) 纵向等厚为 J2 1TI，横向外坡35：1，内坡45：1，墩壁横 向随坡率变厚，墩胫最薄处为12 m，墩高为58 m。 2015年第8期 郭 铮：基于墩顶位移确定铁路连续刚构合龙顶推力 2有限元模型的建立 篝 言纂 21 单元划分 个单元，桥墩42个单元。
6、主墩与梁体采用主从约束连 本桥计算程序采用西南交大编制的桥梁结构分 接，桩基础考虑桩基土的作用效应，采用节点弹簧约 析系统ASCB)软件。梁部采用纵横竖三向预应力设 束。计算模型如图2所示。 蜘衄 r 圈 善 凰 咄 要 盟 喜 蚕 图2尕吉拉尕大桥计算模型 22施工阶段划分 全桥模型由3个T构、2个边跨现浇段、3个合龙 段及2个边跨超悬灌段组成。具体的施工阶段划分 为：施工桥墩及0 段一采用悬灌法对称施工1 12 段一采用悬灌法超悬臂浇筑边跨13 段(为保持受力 平衡在跨中配重)一边跨合龙、完成体系转换、取消配 重一施加顶推力一中跨合龙一成桥。 23主要设计荷载的取值 设计荷载均按铁路相关设
7、计规范取值，其中对顶 推力影响较大的温度荷载及混凝土收缩徐变计算参数 如下： 1)温度荷载 结合桥位处气象资料，设计合龙温度接近当地年 平均温度(22)按5计算，整体升、降温分别为 20，一25。桥面板升温根据铁路规范取5。主 墩左右日照温差采用5 oC，混凝土线膨胀系数为 0000 01C。以上温度模式按实际最不利情况组合。 2)混凝土收缩徐变设计参数 梁体采用C55混凝土，桥墩采用C40混凝土。混 凝土加载龄期取7 d，按野外一般条件考虑，大气相对 湿度取70。 3 不加顶推力时成桥的受力情况 为研究分析顶推力的大小，定义整体升降温引起 的位移差为6 ；成桥10 d时为成桥初期，成桥初期混
8、 凝土收缩徐变所产生的水平位移为6，；定义成桥10年 为混凝土收缩徐变最终完成时间，成桥10年时混凝土 收缩徐变所产生的水平位移为8 。在不加顶推力工 况下，本桥控制节点的水平位移及最不利荷载作用下 墩底弯矩情况如表1(大里程方向为正，以下同)、表2 所示。 由表1、表2可以看出，在合龙未施加顶推力时，2 墩因桥墩高刚度小且桥墩两侧结构对称，温度力及混 表1控制节点的水平位移 mm 表2最不利荷载组合下墩底弯矩 kNm 凝土收缩徐变对其影响较小。而1 墩因桥墩低刚度 大，对梁纵向约束大，墩顶温度力与收缩徐变共同作用 下，使墩顶位移及墩底弯矩过大，对结构受力极为不 利，因此在合龙前施加顶推力是非
9、常必要的。 4顶推力的确定及分析 41顶推力大小的确定 以温度力及混凝土收缩徐变作用在成桥初期产生 的位移8l+62=44+168=212 mm，以及成桥10年 产生的位移6。+8，=44+248=292 mm为控制变 量，对温度应力及混凝土收缩徐变影响较大的1 墩进 行试算得：当顶推力为6 300 kN时，成桥初期墩顶位 移为0；当顶推力为8 800 kN时，成桥10年墩顶位移 为0。 42计算结果对比 为确定合理的顶推力值，结合本桥实际，设计时对 刚构在两种荷载工况下各个阶段的受力情况做认真对 比，得出控制顶推力。 1)运营阶段最不利荷载组合下墩底弯矩(表3) 由表3可看出通过顶推力的施加
10、，对桥墩抵消附 12 铁 道 建筑 表3最不利荷载组合下墩底弯矩对照 kNnl 加弯矩产生了较为突 的作用，顶推力为6 300 kN 时，成桥初期桥墩的受力状态最优。顶推 J为8 800 kN时，成桥l0年桥墩的受力状态最优。 2)运营阶段最不利荷载组合下主梁应力 运营阶段最不利倚载组合下主梁应力见图3、 4 兰 毯 廷 恒 辍 图3 成桥初期j三梁边跨下缘正截面混凝土压府力 图4 成桥l0年主梁边跨下缘正戗面混凝土压应 图3、图4可看出，在运营阶段最不利荷载组合 下，成桥10年时，虽然施加6 300 kN和8 800 kN的顶 推力，主梁边跨下缘正截面混凝土压应力均满足设计 要求，但在成桥初
11、期，当顶推力为8 800 kN时，主梁边 跨下缘正截面混凝土压应力较小(15号单元仅015 MPa)，不能满足设计要求。 根据以上对运营阶段最不利荷载作用下墩底弯矩 及主梁应力对比分析可知： 1)当顶推力为8 800 kN时，收缩徐变基本完成 (成桥10年)后，桥墩受力更为合理；但在该顶推力作 用下，闪顶推力过大，顶推力参与与升温荷载组合，使 成桥初期边跨跨中位置主梁下缘正截面混凝土 应力 较小，不能满足设计要求。 2)当顶推力为6 300 kN时，虽然随着收缩徐变作 用力产乍的内力增大，桥墩墩身弯矩逐渐增大，但相对 于不加顶推力时的墩底弯矩降低1广320，大大改善 _r桥墩的受 状态，通过在
12、桥墩受力较大范同加强配 筋 能满址规范要求 ，从梁部受力状态情况看，成桥 初期受顶推力的影响，虽然主梁边跨下缘正截面混凝 土压应力也在减小，但 顶推力适中，应 在设计允许 范罔内 5 结论 连续刚构桥在合龙前施加适当的顶推力，是改善 结构受力、优化发计较为理想的工程措施。 合龙顶推力可以通过消除墩顶不利的水平位移确 定，该水平位移大小为整体升降温引起的不平衡位移 差与成侨_卡JJ期混凝土收缩徐变作I】引起的 移之和。 确定顶推力产生的水平位移后，通过有限元程序试算， 最终确定食龙顼推 、 值得注意的是，整体升降温的大小与合龙温度何 直接关系；实际施：r tl合龙温度与设计温度难免有偏 ，为保证
13、顶推力准确，在施工前应根据实际的合龙温 度调整温度力产牛的位移差后重新确定。 通过抵消墩顶位移确定合龙顶推力的方法较为简 便，在同类桥梁的设计及施工中具有霞要参考价值。 参 考 文 献 J j范矗：础桥梁【程l Mi北京：人民交通版什，2008 f2lll华人民共和同铁道部TB 1000212【)(】5 铁路桥涵没 汁 本规范 s：l匕京：llI罔铁道出版_I，2005 1 3川 人 和L刊铁道邓TB l000232()(15 铁路桥涌铡 筋混凝土和预府 混凝 匕结构 刊姚池 S北京：巾围铁 道“版社，2005 f4 叮财肚大跨径连续川构桥合龙段顺推施 技术J铁道 建筑，2012(3)：2022 5邹毅松， 荣相连续川构桥合龙顶推 的确定l J重J犬交 通学院学报，2006，4(2)：121 5 6川K川刚，吴黾 连续刚构侨合龙段顶推力没计探讨J 1| 外公路，2011，31(5)：119一l22 7令杰，陈彬连续刚构桥顶推力计算【Jj优化分析11j郑州大 学学报( 学版)，201 3，34(6)：85-89 (责任审编 孟庆伶)
