鐵道部第四勘測設(shè)計院 王傳素

　　摘　要： 通過對滿堂支架法和懸臂拼裝法中影響橋梁設(shè)計和施工因素的對比分析，探討懸拼法在城市橋梁中應(yīng)用的可能性及其在技術(shù)上、經(jīng)濟上的優(yōu)越性。

　　關(guān)鍵詞： 連續(xù)梁橋；預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；懸臂拼裝架橋
　　
1　引　言

　　預應(yīng)力混凝土(以下簡稱PC)連續(xù)梁正是廢棄了昂貴的滿堂支架施工方法而代之以經(jīng)濟有效的高度機械化施工方法，才使連續(xù)梁方案獲得了新的競爭力?，F(xiàn)在，跨度在40～60 m范圍內(nèi)的橋梁，PC連續(xù)梁已占有絕對的優(yōu)勢，而且可以采用多種經(jīng)濟快速方法施工。我國自80年代中期以來，陸續(xù)修建了不少城市立交橋(跨線橋)，其中PC連續(xù)梁(剛架)占了相當大的比例，為城市交通的改善起了很大作用，也為城市增色不少。然而，這些連續(xù)橋梁的施工方法仍大都采用滿堂支架現(xiàn)澆，造價較高，工期較長，與國外城市橋梁的狀況相比，PC連續(xù)梁未能顯示出經(jīng)濟上的優(yōu)越性。因此，有必要尋找其他施工方案，以使我國的城市橋梁趕上世界先進水平。
　　相對于現(xiàn)澆橋梁，節(jié)段橋梁已廣泛應(yīng)用于PC連續(xù)梁、剛架、斜拉橋及拱橋的建設(shè)，我國在設(shè)計和施工方面也取得了不少經(jīng)驗。本文就懸臂拼裝法施工的節(jié)段橋梁在城市橋梁中的應(yīng)用作出初步分析和探討。

2　滿堂支架施工法的設(shè)計和施工特點

　　采用滿堂支架施工的PC連續(xù)梁，通常一聯(lián)為整體澆注混凝土而成，與設(shè)計線形較為吻合，施工工序亦較簡單。
　　設(shè)計方面，截面通常采用箱形，預應(yīng)力鋼束一般布置在腹板內(nèi)，在壓力線范圍內(nèi)基本可布置成吻合索，有效地減少了調(diào)束及計算等工作量，設(shè)計工作簡便快捷，混凝土的收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響主要限于力筋的預應(yīng)力損失，不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次內(nèi)力。采用這種方法施工的PC連續(xù)梁缺點也很明顯，由于力筋布置的構(gòu)造要求，腹板往往較厚，通常都超過65 cm，有時不得不增加腹板數(shù)量，形成單箱多室截面，致使結(jié)構(gòu)自重大大增加；鋼束布置成吻合索后轉(zhuǎn)角之和較大，鋼束基本都是長束(很多長度都超過100 m)，使孔道摩阻損失相當大，根據(jù)一些橋的實測資料及計算結(jié)果，僅摩阻損失一項就占全部預應(yīng)力損失的60%以上；對聯(lián)長較長的橋梁，即使采用超張拉工藝，仍克服不了預應(yīng)力損失過大的缺陷，不得不加短束，鋼束的高強性能得不到充分利用，施工過程中鋼束定位也較困難。
　　施工方面，需消耗大量的支架和模板，凈空較大的橋梁(如多層立交)還需對支架采取措施以防止失穩(wěn)，搭架前必須進行適當?shù)牡鼗幚恚罴芎筮€必須進行預壓，以克服不均勻沉降帶來的不利影響。既有道路上的跨線橋，為了不阻斷交通，還需用大量鋼管和型鋼搭建門式支架。即使這樣，仍可能發(fā)生交通阻塞，甚至發(fā)生交通事故，使道路通行能力大大下降，影響經(jīng)濟效益和社會效益。

3　懸拼橋梁的設(shè)計和施工特點

　　節(jié)段橋梁的施工方法很多，但就城市橋梁而言，懸臂拼裝法是具競爭力的方案，即主梁在預制場地分段預制，留好預應(yīng)力孔道，下部結(jié)構(gòu)施工完成后，把梁段運到工地拼裝，同時張拉所需的鋼束。整個過程的結(jié)構(gòu)體系為先是懸臂結(jié)構(gòu)，合龍后形成連續(xù)體系。節(jié)段橋梁的分段長度可根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力要求及施工機具靈活劃分。
　　設(shè)計方面，可采用高標號混凝土，預應(yīng)力體系可多種多樣，計算機的使用已使橋梁的結(jié)構(gòu)分析及撓度控制十分簡便。與滿堂支架法相比，結(jié)構(gòu)由簡支到連續(xù)，存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換問題，預應(yīng)力及徐變引起的次內(nèi)力已不容忽視。鋼束既可布置在腹板內(nèi)，也可布置在頂?shù)装鍍?nèi)，結(jié)構(gòu)自重大大降低，跨越能力增強。
　　施工方面，可以節(jié)省大量的支架、型鋼和模板，混凝土質(zhì)量可以得到保證。對城市橋梁而言，不必用掛籃進行張拉鋼束等作業(yè)，只需簡單的移動支架即可。節(jié)段的預制可與下部構(gòu)造同時進行，一方面大大加快了施工進度，另一方面可減少徐變帶來的負面影響，充分發(fā)揮力筋的高強性能。節(jié)段的安裝可充分利用機械化設(shè)備，安排在車流量較小的時段進行，對交通影響較小。
　　但是，節(jié)段式橋梁的技術(shù)要求較高，影響結(jié)構(gòu)的因素較多，施工控制也很嚴格，對小跨度橋梁由于梁高較低，無工作面張拉連續(xù)力筋，不適宜采用節(jié)段橋梁。

4　節(jié)段橋梁設(shè)計和施工的關(guān)鍵問題

4.1　次內(nèi)力
　　影響節(jié)段橋梁設(shè)計和施工的關(guān)鍵因素是次內(nèi)力、節(jié)段間的連接、體系轉(zhuǎn)換及高程控制等。節(jié)段橋梁的預應(yīng)力筋可分懸臂力筋和連續(xù)力筋。結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力主要為預應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力和徐變次內(nèi)力。懸臂力筋只是產(chǎn)生徐變次內(nèi)力，而不產(chǎn)生彈性次內(nèi)力，連續(xù)力筋則產(chǎn)生彈性次內(nèi)力，當有多次體系轉(zhuǎn)換時，也會產(chǎn)生徐變次內(nèi)力。次內(nèi)力(矩)的凈效增加了中間支點處的負彎矩和跨中正彎矩，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。但次內(nèi)力并非完全不利，連續(xù)結(jié)構(gòu)中，可以把次內(nèi)力有效地使用，從而增加結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。事實上，在懸臂拼裝階段，支點處的負彎矩隨懸臂長度增加逐漸增大，剛合龍時跨中正彎矩很小。正是徐變次內(nèi)力引起內(nèi)力重分配使支點負彎矩減小，而跨中正彎矩增加，隨著時間的增長及其它荷載的加入，結(jié)構(gòu)整體受力趨向合理。預應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力可用力法或等效荷載法計算。精確計算徐變次內(nèi)力比較困難，與計算過程中的有關(guān)假設(shè)與實際出入較大有關(guān)，但不管采用什么方法，即使計算結(jié)果偏差較大，也不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。
　　設(shè)計中，只要優(yōu)化跨度及鋼束布置，合理安排合龍程序，就可充分利用次內(nèi)力的有利方面。

4.2　預應(yīng)力鋼束布置
　　節(jié)段橋梁的配束由懸臂力筋和連續(xù)力筋兩部分組成，懸臂力筋布置在頂板、腹板及上梗肋內(nèi)。頂板內(nèi)鋼束常布置成直線形，直接錨固在節(jié)段拼裝面上，腹板內(nèi)鋼束一般為曲線形狀，使鋼束承擔部分剪力。但有的大跨度橋梁只在頂板布束而不彎入腹腔板內(nèi)，這給施工帶來極大便利。連續(xù)力筋布置在底板內(nèi)，在箱內(nèi)底板上留鋸齒塊張拉錨固鋼束。懸臂拼裝的節(jié)段橋梁，鋼束一般布成短束，彎起力筋只有2個彎折點，節(jié)段從預制到安裝，大部分徐變已發(fā)生，因此預應(yīng)力損失大大減少，可有效地增大永存預應(yīng)力，使鋼束的高強性能充分發(fā)揮。
　　懸臂拼裝階段，梁體需布置大量懸臂束，而體系完成后并不需要那么多鋼束，為避免浪費，往往需設(shè)臨時束。體外預應(yīng)力體系是一種有效嘗試。由于鋼束布置在箱內(nèi)(箱形梁)可以將截面做得更薄，通過控制張拉力，有效地控制及調(diào)整施工中的撓度和預拱度。但體外預應(yīng)力結(jié)構(gòu)極限承載能力稍低，如何合理地使用，尚需進一步研究。

4.3　安裝定位及撓度控制
　　節(jié)段的拼裝常做成企口縫。腹板企口縫用于調(diào)整高程，頂板企口縫可控制節(jié)段的水平位置，使拼裝迅速就位，并能提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力。有的在預制節(jié)段的底板處設(shè)預埋件，用以固定拼裝時的臨時筋；也有的在腹板拼裝面設(shè)連續(xù)的凹凸榫，頂板上僅留有2個水平半圓形和2個垂直梯形槽口的接榫供安裝定位用。
　　安裝就位時，宜在拼裝面涂環(huán)氧樹脂，使拼裝面粘接較好。撓度控制往往是設(shè)計和施工的關(guān)鍵問題，所設(shè)的預拱度必須根據(jù)施工情況及徐變情況作精確分析和計算，并及時調(diào)整，一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力調(diào)整，必要時可用千斤頂調(diào)整，接觸面的接縫間可嵌入較軟金屬(如銅)。城市橋梁由于搭移支架方便，也可在局部布置臨時支架進行調(diào)整。撓度控制不好，不僅影響線形，而且合龍難度較大，必須精心設(shè)計和施工。

4.4　合龍段的設(shè)計和施工
　　懸臂拼裝的節(jié)段橋梁常在跨中留有1.5～2.0 m的合龍段，在主梁標高調(diào)整后將梁連成整體。一般采用現(xiàn)澆或節(jié)段拼裝合龍，現(xiàn)澆比拼裝施工工期長，工序復雜，但便于調(diào)整，而拼裝對節(jié)段預制和拼裝的精度要求較高。
　　多跨PC連續(xù)梁的合龍次序不同，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響顯著；但由于懸臂力筋預加力和一期恒載的反向作用，大幅度降低了由不對稱施工程序?qū)е碌膶ΨQ面中內(nèi)力的非對稱程度，在許多情況下，并不至于影響對稱截面的設(shè)計。即合龍順序的不同僅在施工階段對內(nèi)力有影響，連續(xù)體系形成后影響不大，故可以根據(jù)施工情況靈活選擇合龍次序。合龍時間應(yīng)該選擇在當日溫度最低時進行。

5　結(jié)　語

　　采用懸臂拼裝的PC連續(xù)梁，在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理，機械化程度應(yīng)用高，有利于工廠化生產(chǎn)，可滿足業(yè)主對工期和質(zhì)量的要求及日新月異的城市發(fā)展需要，具有較大的優(yōu)越性，而且在同等造價條件下可以增大跨度，節(jié)省下部工程量。懸臂拼裝法也適用于曲線梁。