不同跨径高铁连续梁桥悬臂施工线形初探刘小龙

刘小龙

摘要：在高铁连续桥悬臂的施工当中，随着跨径的不断加大，其混凝土在施工过程中的预应力张拉能力与会随之增强，同时悬臂施工线性也有所不同。本文结合西成高铁连续梁桥施工实例，对不同跨境下连续梁桥悬臂的施工线性特点和下梁体的变形规律进行分析。

关键词：梁桥刚度；活载；最大挠度；预应力张拉

前言：高铁连续梁桥悬臂的线性变化主要表现在活载挠度、施工预拱度、收缩徐变挠度以及合拢工况挠度四个方面。通过对这四个方面的变化分析，可以得出在常见的60+64+60m、60+80+60m、60+100+60m三种跨径中连续梁桥悬臂施工的混凝土预应力的张拉能力变化，以及各跨径连续梁桥的应用环境和特点，从而保证施工的安全，避免因线性控制不当造成重大安全事故。

有限元分析四种线性变化

对于三种常见跨径的连续梁桥悬臂施工来说，悬臂线性的变化除了受到跨径大小的影响之外，同时还结构自重、温度变化、临时支撑、施工荷载等因素的作用。因此本文选用了有限元分析法，依据西成高速铁路的设计图纸，进行模拟分析。

活载挠度分析

列车在运行中对于高速铁路的竖向活载需要设计为具有标准化的ZK活载方式，因此在一般的顺桥向活载中，60+64+60m跨径的挠度值会随着长度的变化而出现上下波动，长度在40m以前较为平稳，当达到50m时挠度值开始上升，60m则达到峰值，之后回落。因此在高速铁路的活载影响下，中跨挠度为边跨挠度的4倍之多，同时还是总跨径的1/10130，在实测中，60+64+60m跨径的连续梁桥，边跨挠度为1.71，而中跨挠度为6.33。60+80+60m跨径的活载挠度更大，其中边跨下挠为2.33，中跨下挠为9.8，中跨挠度达到边跨挠度的4.7倍之多，同时与跨径总值相比，中跨挠度的比值为1/8333；与80m跨径相比，60+100+60m跨径的活载挠度变化不大，边跨下挠相较60+80+60m增加了0.5左右，而中跨挠度则增加了3.1，中跨挠度为边跨下挠的4.72倍，与跨径总值比值为1/7728。作为横向对比，本文还将三种跨径下的活载挠度与公路桥梁进行了比较，发现高速铁路的最大活载挠度表现在100m跨径中的中跨挠度，但也仅为12.3，从数值角度看较公路桥梁为低，表明高速铁路施工时要求刚度更大。

施工预拱度分析

高速铁路桥梁的施工预拱度受到挂篮、梁体、混凝土收缩和预应力张拉等因素的影响较为严重，因此在有限元模型的模拟中，利用这几个方面对施工预拱度进行了分析。分析结果显示60+64+60m跨径和60+80+60m跨径的边跨施工预拱度相接近，但60+80+60m跨径的中跨施工预拱度和60+100+60m跨径的边跨施工预拱度相接近，这表明在施工过程中，这两个跨径的墩身在悬臂端的施工段当中，大里程和小里程的墩顶呈现出对称式分布。鉴于三种跨径的最大施工预拱度都保持在30mm的区间以内，比公路桥梁的施工预拱度更小，这表明高速铁路的施工预拱度与公路桥梁的施工预拱度方向是相反的，同时预应力钢管的设置，相比于公路桥梁来说，高速铁路也更多。

从以上内容可以看出相较于前两种跨径，60+100+60m跨径更适合环境复杂，高速铁路建筑刚度大以及施工预拱度更高的建筑环境使用。因此西成高铁选用了60+100+60m跨径作为连续梁桥悬臂的施工跨径。

收缩徐变挠度分析

高速铁路连续梁桥中收缩徐变的挠度一般来说受到构建尺寸、环境温度和湿度、混凝土轴系抗压强度以及混凝土的相对湿度影响较大，因此模型模拟主要考虑这几个方面的内容。对于连续桥梁来说，收缩徐变挠度中，因为受到混凝土浇筑施工完成后产生的收缩影响，会使得梁桥中跨位置出现不易察觉的上挠现象，但不会对边跨造成影响。

合拢工况挠度分析

在对西成高铁的合拢工况挠度进行分析之前，为了实现高速铁路的梁桥合拢，需要分别对中跨和边跨进行合拢施工，再通过有限元模型进行合拢工况的挠度分析。其中西成高铁的中跨合拢的施工步骤为：首先在支架方案中选用0#梁块进行吨顶立模连续施工，在施工完成后，对1-14号梁块进行挂篮，从而使合拢施工能够先从边跨进行，后在中跨进行，同时在连梁处每个连梁安装两个菱形挂篮。再通过支架预压的方式在承台上预埋螺栓，使其达到最大施工载荷的1.1倍。

大跨径下线形变化的控制

为了保证西成高铁连续梁桥施工质量和工程安全，避免因线形变化过大造成的影响，需要对大跨径下的线形变化进行一定的控制。

对主梁线形进行检测

为了能够对悬臂中每一段梁的挠度变形进行测量，需要在主梁位置预先埋设钢筋头，并将钢筋头和上下层钢筋进行牢固焊接，并在其漏出混凝土表面的部分进行标记。其中，悬臂部分需要在梁段顶板的横桥位置布置测点，测点数量不小于五个，同时两个测点之间的距离控制在10cm左右为宜。而在挂篮的立模标高出设置七个测点，这样在两个相邻的工况中，一旦出现挠度变形的增量，就可以利用测点对阶段挠度变化进行测试。

施工控制调整误差

在连续梁桥的施工过程中往往会存在与模拟结果相异的误差，因此在施工过程中需要通过一定的方法将实测值与理论值之间的误差尽可能地降低。本文选用了最小二乘法进行误差的识别和改进。首先将主梁部分悬臂端的节点挠度进行测算，从而获得最佳理论值，再通过误差向量，使参数误差的识别更加准确，因此在当施工过程中出现挂篮走形或者预应力张拉不正常时，就可以对误差出现的具体因素进行分析和识别，并对影响变量进行分离，从而使误差得到降低，结果更加准确。

挂篮荷载测试

为了实现对挂篮荷载的测试，首先在悬臂施工前要消除挂篮存在的非弹性变形，从而确定挂篮的弹性变化规律。然后在底模上设置两个测量断面，沿桥向排开，并采用分级加载的方式，对挂篮所使用混凝土进行后续测量，从而达到准确客观的挂篮载荷测试。

施工工况

本文对西成高铁的施工工况过程进行了跟踪，并结合不同跨径高铁连续梁桥悬臂的施工技术，对西成高铁的施工进行了总结。

其中，在吨顶立模施工中，采用了规范的合拢方式，先从边跨合拢，再进行中跨合拢。合拢完成后再使用砼泵车灌筑。0#梁块施工中，应用了测点布设的方法进行了支架预压，从而使支架的弹性变形值和非弹性变形值控制在了合理的范围之内。并对挂篮自重和预加应力徐变提供了预留拱度值。

结论：在对三种常见的跨径中高速铁路的连续梁桥线性挠度进行分析时可以清楚看出，跨径越大，其挠度也越大，而梁桥刚度就会越小，施工安全和质量就越难以得到保证。为了应付大跨径下的挠度变化，本文选用了几种检测和测试的方法，从而提高施工质量。

参考文献：

［1］周岩，白丽．高速铁路工程建设项目管理信息化的研究［J］．铁路计算机应用，2011，20(2):28－34．

［2］张洲．高速铁路连续梁桥施工控制关健问题研究［D］．武汉:武汉理工大学，2010．