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摘要：以连续刚构的水平顶推力选择为例，在大桥施工前，对大桥受力特点及线形与内力影响参数进行分析，通过施加不同水平顶推力，分析对大桥结构内力与变形的影响，明确顶推力对桥梁结构质量的重要性，同时得到不同顶推力的影响程度，对指导施工，保证桥梁质量具有重要意义。
关键词: “Y墩”连续-刚构桥，质量，顶推力
Abstract: With the continuous rigid-frame horizontal jacking force of choice for example, in the construction of the bridge, stress analysis of the characteristics and influence of the parameters on the bridge geometry and internal forces, by applying different levels of jacking force, analysis of the effects of deformation and internal force of bridge structure, clear top thrust node importance on the quality of bridge construction, at the same time, influence different degrees of jacking force, to guide the construction, has important meaning to ensure quality of bridge.
Key words: " Y pier"continuous rigid frame bridge, quality, jacking force
中图分类号：TU74
一、工程背景
张家界鹭鸶湾大桥是张家界西溪坪永定大道上的一座桥梁，桥梁为38+61+71+81+71+61+38m预应力混凝土Y型刚构－连续组合箱梁，采用悬臂浇筑施工。桥梁宽度33.0m，分左右两幅设置。设计荷载：公路－Ⅰ级，桥梁全长421m。Y型墩刚构段箱梁根部梁高3.8m，跨中梁高1.8m，跨中合拢段长2.0m；连续梁段箱梁根部梁高3.8m，跨中梁高1.8m，具体见图1。
图1 鹭鸶湾大桥全貌图
二、“Y墩”连续-刚构桥的受力特点
连续刚构桥由于主梁与桥墩连结使整个结构连接成一个整体，属于多次超静定结构，由预应力、砼收缩徐变和温度变化引起较大二次内力。如果桥墩刚度过大和桥梁跨数过多，将会在桥墩底与主梁上产生很大的弯矩内力，Y 墩桥梁与没有斜撑的同跨径连续刚构桥相比，降低了梁高，减小跨径。同时负弯距值大幅度减少。与此同时，由于 Y 形支撑的存在，形成刚度大的三角稳定结构，也使桥梁的水平刚度增大，需要对“Y” 形下部刚度进行减小，以提高桥梁的轴向变形能力，同时适时在两“Y”墩间施加轴向顶推力，也能降低墩与主梁的附加内力。
三、施工过程质量的影响因素
目前关于PC连续刚构桥跨中持续下挠和箱梁开裂的原因受到专家、学者们的广泛关注[1-6]。国内外比较认同的因素很多，如材料特征、施工方法、以及设计。其中混凝土的后期徐变是影响大跨径PC连续刚构桥箱梁开裂和持续下挠的主要原因之一。不同的混凝土的加载龄期，后期收缩徐变对主桥跨中下挠度与腹板主应力的影响也不同。
另外鹭鸶湾大桥施工采用悬臂浇筑法，合龙施工是确保桥梁的受力状态和粱体线形两个方面均满足设计要求的关键工序。在实际桥梁施工时，会由于机具设备周转不当，或者因进度滞后等，出现需要调整合龙施工方案的情况。合龙方案的调整导致合龙后主梁线形的变化和内力的变化，特别是对施工控制中的预拱度设置的影响。为了保证桥梁结构的线形和混凝土应力满足规范要求，需要施工前计算不同合龙方案，验算结构的受力状态，以保证大桥的施工质量。
“Y墩”支撑与主梁固结，使该类桥为多次超静定结构，若下部结构的整体刚度过大，温度荷载、混凝土收缩徐变等因素引起的次内力就会相当大；同时使梁体产生竖向挠度和水平位移，造成主墩的偏位，既影响了桥梁的美观和行车舒适性，又对桥墩的受力产生负面不利影响。因此，为了使桥梁结构处于合理的受力状态，可在合拢前对梁体施加一定的水平顶推力，以此来抵消上述因素带来的结构位移和次内力。而顶推力大小是调整主梁与墩身内力的关键参数。
上述三个因素，在大桥施工前若进行预先计算和在施工过程再微调整，必能使大桥的线形与内力达到最佳状态，从根本保证大桥的施工质量。图2为大桥施工质量影响因素的控制过程，并以顶推力选择为例进行说明。
图2 施工质量控制流程图
四、以选择顶推力为例
混凝土徐变的方向与结构的初始应力状态有关（收缩无关，方向基本是轴向），混凝土收缩产生的变形必然使主梁缩短，加上预应力和荷载的作用，徐变也使桥梁墩身向跨中偏移。在主梁攏龙时施加一定的水平反向顶推力，产生一个与砼收缩、徐变相反的水平位移量，同时适当减小主梁的初始转角，就能改善因混凝土收缩徐变而引起的梁体下挠问题。顶推力的大小直接关系到主动调整的效果，过小会导致主动调整的效果不明显，过大又会使悬臂端部的梁体竖向变形和墩根部弯矩过大，对墩身受力带来不利影响。Y墩身结构水平抗推刚度很大。在计算此类墩身的抗推刚度时，一般处理方式是主墩上端自由按悬臂梁处理，下端固结。
设纵向位移D=1，则相应的P即为产生单位水平位移时所需要的作用力，也就是水平抗推刚度K。K的表达式为：K=3EI/L3式中， EI—为墩身抗弯刚度，L—为顶推力作用至墩底的力臂。将墩身抗推刚度代入3#，4#桥墩的墩身高8.7m，得墩身的抗推刚度分别为K=495752KN/m。
为了确定4#、3#两主墩因为合拢温差，结构体系转换，徐变收缩引起的水平位移做如下处理：
1）根据施工工序建立有限元模型，徐变收缩终止时间设定为10 年；
2）为避免合拢温差的影响，结合工程实际，合龙温度取为设计合龙温度为20 ºC。
3）计算出合拢时不施加顶推力墩顶水平位移，4#墩顶的水平位移-4.07mm，3#墩顶的水平位移4.07mm；
为了简化计算，暂不考虑桩基的抗推刚度对墩顶水平位移的影响。根据墩顶的水平位移，最终得出需施加的水平顶推力约为2000kN。然而此顶推力是否为最佳水平顶推力，不同顶推力的取值对桥梁结构后期内力及变形有何影响，以鹭鸶湾大桥“Y墩”连续-刚构桥为结构计算建模进行分析，分别采用为1500kN、1750kN、2000kN、2250kN、2500kN5组不同的顶推力，以得到合龙时不同的顶推力对桥梁整体内力与变形影响，从而得到最佳顶推力的初步结论。
五、计算结果
（1）墩顶水平位移比较
合龙时，施加5种不同大小的顶推力情况下，10年后的墩顶顺桥向水平位移结果如下表1所示。
表1 墩身水平位移对比表 （mm）
注: 表中水平位移以0#墩到3#墩方向为正。
结果分析：
①从上表可以看出，施加2000kN的顶推力后，10 年混凝土收缩徐变，最大0#墩顶水平位移由原来不施加顶推力的26.6mm减小到0.669mm；
②3#墩顶水平位移由原来不施加顶推力的4.23mm减小到1.06mm，显著地减小了墩顶水平位移，从而能够大大的改善墩以及墩梁固结处的受力状态，顶推力的施加减小了主墩偏位；
③从上表中可以发现5组不同顶推力对后期墩顶的水平位移效果差别不大。
（2）截面挠度比较
表2 截面挠度对比表 （mm）
注: 表中挠度以向下为正。
结果分析：
①从上表可以看，施加一定的顶推力后3#、4#墩跨中的竖向挠度由原来不施加顶推力的13.2mm减小到2.7mm，边跨的竖向位移也相应减少了，跨中下挠的问题也得到了改善。
② 顶推力的大小改变对桥梁徐变引起的竖向挠度影响很小。
（3）结构次内力比较
表3 结构控制截面附加次内力比较 （kN*m）
在上表中可以看出，施加顶推力以后，减小了墩顶、墩底的附加次内力，优化了结构的受力状态，使墩身受力更趋合理达到了顶推的预期效果。在施加一定的顶推力后，顶推力大小的改变，对桥梁结构次内力的影响不大。顶推力的施加过程中，应注意大吨位顶推力对墩底截面的受力影响，避免墩身底部位置开裂。
六、总结
综上所述总结以下几点：
1）中跨合龙时施加一定的预顶推力显著地减小了主墩后期的偏位和改善跨中下挠的问题，从而很好的改善墩身以及墩梁固结处的受力状态。水平顶推力达到一定的值以后，頂推力的大小对改变结构变形的影响可以忽略不计。
2）施加一定的预顶推力可以明显地减小墩顶与墩底的内力，优化了结构的受力状态，使墩身受力更趋合理达到了顶推的预期效果。同样顶推力达到一定的值以后，改变顶推力的大小对改变结构内力的影响很小。
3）以选择顶推力为例，在施工前通过不同顶推力进行定量分析，明确顶推力对桥梁结构质量的重要性，同时得到不同顶推力的影响程度，对指导施工，保证桥梁质量具有重要意义。
参考文献：
[1] 彭卫,邢鸿燕,柯善刚.PC连续箱梁裂缝控制研究[J].浙江工业大学学报,vol.31,No.1:22~27.
[2] 陆洲导,陈永秀.某钢筋混凝土娈截面连续箱梁桥腹板裂缝原因分析[J].工业建筑,vol.32,No.9:71~73.
[3] 彭政云.某大跨度预应力钢筋混凝土箱梁桥裂缝原因分析及救治措施[J].建筑施工,vol.17,No.4:35~37.
[4] 楼庄鸿,对预应力混凝土连续刚构几个问题的认识[J].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集:303~306.
[5] 彭宝华.对公路混凝土桥梁裂缝的认识[J].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集:320~325.
[6] 王新敏,王秀伟.某连续刚构桥施工阶段开裂原因的空间分析[J].铁道标准设计,vol.21,No.4:20~21.
关键词: “Y墩”连续-刚构桥，质量，顶推力
Abstract: With the continuous rigid-frame horizontal jacking force of choice for example, in the construction of the bridge, stress analysis of the characteristics and influence of the parameters on the bridge geometry and internal forces, by applying different levels of jacking force, analysis of the effects of deformation and internal force of bridge structure, clear top thrust node importance on the quality of bridge construction, at the same time, influence different degrees of jacking force, to guide the construction, has important meaning to ensure quality of bridge.
Key words: " Y pier"continuous rigid frame bridge, quality, jacking force
中图分类号：TU74
一、工程背景
张家界鹭鸶湾大桥是张家界西溪坪永定大道上的一座桥梁，桥梁为38+61+71+81+71+61+38m预应力混凝土Y型刚构－连续组合箱梁，采用悬臂浇筑施工。桥梁宽度33.0m，分左右两幅设置。设计荷载：公路－Ⅰ级，桥梁全长421m。Y型墩刚构段箱梁根部梁高3.8m，跨中梁高1.8m，跨中合拢段长2.0m；连续梁段箱梁根部梁高3.8m，跨中梁高1.8m，具体见图1。
图1 鹭鸶湾大桥全貌图
二、“Y墩”连续-刚构桥的受力特点
连续刚构桥由于主梁与桥墩连结使整个结构连接成一个整体，属于多次超静定结构，由预应力、砼收缩徐变和温度变化引起较大二次内力。如果桥墩刚度过大和桥梁跨数过多，将会在桥墩底与主梁上产生很大的弯矩内力，Y 墩桥梁与没有斜撑的同跨径连续刚构桥相比，降低了梁高，减小跨径。同时负弯距值大幅度减少。与此同时，由于 Y 形支撑的存在，形成刚度大的三角稳定结构，也使桥梁的水平刚度增大，需要对“Y” 形下部刚度进行减小，以提高桥梁的轴向变形能力，同时适时在两“Y”墩间施加轴向顶推力，也能降低墩与主梁的附加内力。
三、施工过程质量的影响因素
目前关于PC连续刚构桥跨中持续下挠和箱梁开裂的原因受到专家、学者们的广泛关注[1-6]。国内外比较认同的因素很多，如材料特征、施工方法、以及设计。其中混凝土的后期徐变是影响大跨径PC连续刚构桥箱梁开裂和持续下挠的主要原因之一。不同的混凝土的加载龄期，后期收缩徐变对主桥跨中下挠度与腹板主应力的影响也不同。
另外鹭鸶湾大桥施工采用悬臂浇筑法，合龙施工是确保桥梁的受力状态和粱体线形两个方面均满足设计要求的关键工序。在实际桥梁施工时，会由于机具设备周转不当，或者因进度滞后等，出现需要调整合龙施工方案的情况。合龙方案的调整导致合龙后主梁线形的变化和内力的变化，特别是对施工控制中的预拱度设置的影响。为了保证桥梁结构的线形和混凝土应力满足规范要求，需要施工前计算不同合龙方案，验算结构的受力状态，以保证大桥的施工质量。
“Y墩”支撑与主梁固结，使该类桥为多次超静定结构，若下部结构的整体刚度过大，温度荷载、混凝土收缩徐变等因素引起的次内力就会相当大；同时使梁体产生竖向挠度和水平位移，造成主墩的偏位，既影响了桥梁的美观和行车舒适性，又对桥墩的受力产生负面不利影响。因此，为了使桥梁结构处于合理的受力状态，可在合拢前对梁体施加一定的水平顶推力，以此来抵消上述因素带来的结构位移和次内力。而顶推力大小是调整主梁与墩身内力的关键参数。
上述三个因素，在大桥施工前若进行预先计算和在施工过程再微调整，必能使大桥的线形与内力达到最佳状态，从根本保证大桥的施工质量。图2为大桥施工质量影响因素的控制过程，并以顶推力选择为例进行说明。
图2 施工质量控制流程图
四、以选择顶推力为例
混凝土徐变的方向与结构的初始应力状态有关（收缩无关，方向基本是轴向），混凝土收缩产生的变形必然使主梁缩短，加上预应力和荷载的作用，徐变也使桥梁墩身向跨中偏移。在主梁攏龙时施加一定的水平反向顶推力，产生一个与砼收缩、徐变相反的水平位移量，同时适当减小主梁的初始转角，就能改善因混凝土收缩徐变而引起的梁体下挠问题。顶推力的大小直接关系到主动调整的效果，过小会导致主动调整的效果不明显，过大又会使悬臂端部的梁体竖向变形和墩根部弯矩过大，对墩身受力带来不利影响。Y墩身结构水平抗推刚度很大。在计算此类墩身的抗推刚度时，一般处理方式是主墩上端自由按悬臂梁处理，下端固结。
设纵向位移D=1，则相应的P即为产生单位水平位移时所需要的作用力，也就是水平抗推刚度K。K的表达式为：K=3EI/L3式中， EI—为墩身抗弯刚度，L—为顶推力作用至墩底的力臂。将墩身抗推刚度代入3#，4#桥墩的墩身高8.7m，得墩身的抗推刚度分别为K=495752KN/m。
为了确定4#、3#两主墩因为合拢温差，结构体系转换，徐变收缩引起的水平位移做如下处理：
1）根据施工工序建立有限元模型，徐变收缩终止时间设定为10 年；
2）为避免合拢温差的影响，结合工程实际，合龙温度取为设计合龙温度为20 ºC。
3）计算出合拢时不施加顶推力墩顶水平位移，4#墩顶的水平位移-4.07mm，3#墩顶的水平位移4.07mm；
为了简化计算，暂不考虑桩基的抗推刚度对墩顶水平位移的影响。根据墩顶的水平位移，最终得出需施加的水平顶推力约为2000kN。然而此顶推力是否为最佳水平顶推力，不同顶推力的取值对桥梁结构后期内力及变形有何影响，以鹭鸶湾大桥“Y墩”连续-刚构桥为结构计算建模进行分析，分别采用为1500kN、1750kN、2000kN、2250kN、2500kN5组不同的顶推力，以得到合龙时不同的顶推力对桥梁整体内力与变形影响，从而得到最佳顶推力的初步结论。
五、计算结果
（1）墩顶水平位移比较
合龙时，施加5种不同大小的顶推力情况下，10年后的墩顶顺桥向水平位移结果如下表1所示。
表1 墩身水平位移对比表 （mm）
注: 表中水平位移以0#墩到3#墩方向为正。
结果分析：
①从上表可以看出，施加2000kN的顶推力后，10 年混凝土收缩徐变，最大0#墩顶水平位移由原来不施加顶推力的26.6mm减小到0.669mm；
②3#墩顶水平位移由原来不施加顶推力的4.23mm减小到1.06mm，显著地减小了墩顶水平位移，从而能够大大的改善墩以及墩梁固结处的受力状态，顶推力的施加减小了主墩偏位；
③从上表中可以发现5组不同顶推力对后期墩顶的水平位移效果差别不大。
（2）截面挠度比较
表2 截面挠度对比表 （mm）
注: 表中挠度以向下为正。
结果分析：
①从上表可以看，施加一定的顶推力后3#、4#墩跨中的竖向挠度由原来不施加顶推力的13.2mm减小到2.7mm，边跨的竖向位移也相应减少了，跨中下挠的问题也得到了改善。
② 顶推力的大小改变对桥梁徐变引起的竖向挠度影响很小。
（3）结构次内力比较
表3 结构控制截面附加次内力比较 （kN*m）
在上表中可以看出，施加顶推力以后，减小了墩顶、墩底的附加次内力，优化了结构的受力状态，使墩身受力更趋合理达到了顶推的预期效果。在施加一定的顶推力后，顶推力大小的改变，对桥梁结构次内力的影响不大。顶推力的施加过程中，应注意大吨位顶推力对墩底截面的受力影响，避免墩身底部位置开裂。
六、总结
综上所述总结以下几点：
1）中跨合龙时施加一定的预顶推力显著地减小了主墩后期的偏位和改善跨中下挠的问题，从而很好的改善墩身以及墩梁固结处的受力状态。水平顶推力达到一定的值以后，頂推力的大小对改变结构变形的影响可以忽略不计。
2）施加一定的预顶推力可以明显地减小墩顶与墩底的内力，优化了结构的受力状态，使墩身受力更趋合理达到了顶推的预期效果。同样顶推力达到一定的值以后，改变顶推力的大小对改变结构内力的影响很小。
3）以选择顶推力为例，在施工前通过不同顶推力进行定量分析，明确顶推力对桥梁结构质量的重要性，同时得到不同顶推力的影响程度，对指导施工，保证桥梁质量具有重要意义。
参考文献：
[1] 彭卫,邢鸿燕,柯善刚.PC连续箱梁裂缝控制研究[J].浙江工业大学学报,vol.31,No.1:22~27.
[2] 陆洲导,陈永秀.某钢筋混凝土娈截面连续箱梁桥腹板裂缝原因分析[J].工业建筑,vol.32,No.9:71~73.
[3] 彭政云.某大跨度预应力钢筋混凝土箱梁桥裂缝原因分析及救治措施[J].建筑施工,vol.17,No.4:35~37.
[4] 楼庄鸿,对预应力混凝土连续刚构几个问题的认识[J].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集:303~306.
[5] 彭宝华.对公路混凝土桥梁裂缝的认识[J].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集:320~325.
[6] 王新敏,王秀伟.某连续刚构桥施工阶段开裂原因的空间分析[J].铁道标准设计,vol.21,No.4:20~21.