悬臂拼装法在城市节段桥梁中的应用

　　预应力混凝土(以下简称PC)连续梁正是废弃了昂贵的满堂支架施工方法而代之以经济有效的高度机械化施工方法，才使连续梁方案获得了新的竞争力。现在，跨度在40～60 m范围内的桥梁，PC连续梁已占有绝对的优势，而且可以采用多种经济快速方法施工。我国自80年代中期以来，陆续修建了不少城市立交桥(跨线桥)，其中PC连续梁(刚架)占了相当大的比例，为城市交通的改善起了很大作用，也为城市增色不少。然而，这些连续桥梁的施工方法仍大都采用满堂支架现浇，造价较高，工期较长，与国外城市桥梁的状况相比，PC连续梁未能显示出经济上的优越性。因此，有必要寻找其他施工方案，以使我国的城市桥梁赶上世界先进水平。
　　相对于现浇桥梁，节段桥梁已广泛应用于PC连续梁、刚架、斜拉桥及拱桥的建设，我国在设计和施工方面也取得了不少经验。本文就悬臂拼装法施工的节段桥梁在城市桥梁中的应用作出初步分析和探讨。

2　满堂支架施工法的设计和施工特点

　　采用满堂支架施工的PC连续梁，通常一联为整体浇注混凝土而成，与设计线形较为吻合，施工工序亦较简单。
　　设计方面，截面通常采用箱形，预应力钢束一般布置在腹板内，在压力线范围内基本可布置成吻合索，有效地减少了调束及计算等工作量，设计工作简便快捷，混凝土的收缩徐变对结构的影响主要限于力筋的预应力损失，不会对结构产生二次内力。采用这种方法施工的PC连续梁缺点也很明显，由于力筋布置的构造要求，腹板往往较厚，通常都超过65 cm，有时不得不增加腹板数量，形成单箱多室截面，致使结构自重大大增加；钢束布置成吻合索后转角之和较大，钢束基本都是长束(很多长度都超过100 m)，使孔道摩阻损失相当大，根据一些桥的实测资料及计算结果，仅摩阻损失一项就占全部预应力损失的60%以上；对联长较长的桥梁，即使采用超张拉工艺，仍克服不了预应力损失过大的缺陷，不得不加短束，钢束的高强性能得不到充分利用，施工过程中钢束定位也较困难。
　　施工方面，需消耗大量的支架和模板，净空较大的桥梁(如多层立交)还需对支架采取措施以防止失稳，搭架前必须进行适当的地基处理，搭架后还必须进行预压，以克服不均匀沉降带来的不利影响。既有道路上的跨线桥，为了不阻断交通，还需用大量钢管和型钢搭建门式支架。即使这样，仍可能发生交通阻塞，甚至发生交通事故，使道路通行能力大大下降，影响经济效益和社会效益。

3　悬拼桥梁的设计和施工特点

　　节段桥梁的施工方法很多，但就城市桥梁而言，悬臂拼装法是具竞争力的方案，即主梁在预制场地分段预制，留好预应力孔道，下部结构施工完成后，把梁段运到工地拼装，同时张拉所需的钢束。整个过程的结构体系为先是悬臂结构，合龙后形成连续体系。节段桥梁的分段长度可根据结构的受力要求及施工机具灵活划分。
　　设计方面，可采用高标号混凝土，预应力体系可多种多样，计算机的使用已使桥梁的结构分析及挠度控制十分简便。与满堂支架法相比，结构由简支到连续，存在结构体系转换问题，预应力及徐变引起的次内力已不容忽视。钢束既可布置在腹板内，也可布置在顶底板内，结构自重大大降低，跨越能力增强。
　　施工方面，可以节省大量的支架、型钢和模板，混凝土质量可以得到保证。对城市桥梁而言，不必用挂篮进行张拉钢束等作业，只需简单的移动支架即可。节段的预制可与下部构造同时进行，一方面大大加快了施工进度，另一方面可减少徐变带来的负面影响，充分发挥力筋的高强性能。节段的安装可充分利用机械化设备，安排在车流量较小的时段进行，对交通影响较小。
　　但是，节段式桥梁的技术要求较高，影响结构的因素较多，施工控制也很严格，对小跨度桥梁由于梁高较低，无工作面张拉连续力筋，不适宜采用节段桥梁。

4　节段桥梁设计和施工的关键问题

    4.1　次内力
　　影响节段桥梁设计和施工的关键因素是次内力、节段间的连接、体系转换及高程控制等。节段桥梁的预应力筋可分悬臂力筋和连续力筋。结构的次内力主要为预应力产生的次内力和徐变次内力。悬臂力筋只是产生徐变次内力，而不产生弹性次内力，连续力筋则产生弹性次内力，当有多次体系转换时，也会产生徐变次内力。次内力(矩)的净效增加了中间支点处的负弯矩和跨中正弯矩，对结构产生不利影响。但次内力并非完全不利，连续结构中，可以把次内力有效地使用，从而增加结构的经济性。事实上，在悬臂拼装阶段，支点处的负弯矩随悬臂长度增加逐渐增大，刚合龙时跨中正弯矩很小。正是徐变次内力引起内力重分配使支点负弯矩减小，而跨中正弯矩增加，随着时间的增长及其它荷载的加入，结构整体受力趋向合理。预应力产生的次内力可用力法或等效荷载法计算。精确计算徐变次内力比较困难，与计算过程中的有关假设与实际出入较大有关，但不管采用什么方法，即使计算结果偏差较大，也不会对结构产生重大影响。
　　设计中，只要优化跨度及钢束布置，合理安排合龙程序，就可充分利用次内力的有利方面。

    4.2　预应力钢束布置
　　节段桥梁的配束由悬臂力筋和连续力筋两部分组成，悬臂力筋布置在顶板、腹板及上梗肋内。顶板内钢束常布置成直线形，直接锚固在节段拼装面上，腹板内钢束一般为曲线形状，使钢束承担部分剪力。但有的大跨度桥梁只在顶板布束而不弯入腹腔板内，这给施工带来极大便利。连续力筋布置在底板内，在箱内底板上留锯齿块张拉锚固钢束。悬臂拼装的节段桥梁，钢束一般布成短束，弯起力筋只有2个弯折点，节段从预制到安装，大部分徐变已发生，因此预应力损失大大减少，可有效地增大永存预应力，使钢束的高强性能充分发挥。
　　悬臂拼装阶段，梁体需布置大量悬臂束，而体系完成后并不需要那么多钢束，为避免浪费，往往需设临时束。体外预应力体系是一种有效尝试。由于钢束布置在箱内(箱形梁)可以将截面做得更薄，通过控制张拉力，有效地控制及调整施工中的挠度和预拱度。但体外预应力结构极限承载能力稍低，如何合理地使用，尚需进一步研究。

    4.3　安装定位及挠度控制
　　节段的拼装常做成企口缝。腹板企口缝用于调整高程，顶板企口缝可控制节段的水平位置，使拼装迅速就位，并能提高结构的抗剪能力。有的在预制节段的底板处设预埋件，用以固定拼装时的临时筋；也有的在腹板拼装面设连续的凹凸榫，顶板上仅留有2个水平半圆形和2个垂直梯形槽口的接榫供安装定位用。
　　安装就位时，宜在拼装面涂环氧树脂，使拼装面粘接较好。挠度控制往往是设计和施工的关键问题，所设的预拱度必须根据施工情况及徐变情况作精确分析和计算，并及时调整，一般可通过张拉力筋或控制力筋张拉力调整，必要时可用千斤顶调整，接触面的接缝间可嵌入较软金属(如铜)。城市桥梁由于搭移支架方便，也可在局部布置临时支架进行调整。挠度控制不好，不仅影响线形，而且合龙难度较大，必须精心设计和施工。

    4.4　合龙段的设计和施工
　　悬臂拼装的节段桥梁常在跨中留有1.5～2.0 m的合龙段，在主梁标高调整后将梁连成整体。一般采用现浇或节段拼装合龙，现浇比拼装施工工期长，工序复杂，但便于调整，而拼装对节段预制和拼装的精度要求较高。
　　多跨PC连续梁的合龙次序不同，对结构内力影响显著；但由于悬臂力筋预加力和一期恒载的反向作用，大幅度降低了由不对称施工程序导致的对称面中内力的非对称程度，在许多情况下，并不至于影响对称截面的设计。即合龙顺序的不同仅在施工阶段对内力有影响，连续体系形成后影响不大，故可以根据施工情况灵活选择合龙次序。合龙时间应该选择在当日温度最低时进行。

5　结　语

　　采用悬臂拼装的PC连续梁，在技术上可行、经济上合理，机械化程度应用高，有利于工厂化生产，可满足业主对工期和质量的要求及日新月异的城市发展需要，具有较大的优越性，而且在同等造价条件下可以增大跨度，节省下部工程量。悬臂拼装法也适用于曲线梁。