高速铁路连续梁桥受力影响的参数化分析

1.穿插落梁与先落中墩、后落次中墩

利用有限元软件分别模拟将中墩落下30cm 后次中墩落梁20cm，中墩再落完剩余的40cm 与中墩落梁70cm 后次中墩再落梁20cm（以下简称“穿插落梁”“先落中墩，后落次中墩”）两种落梁顺序方案，对其结果进行对比分析。

落梁完成后，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－32、图3－33所示。在次中墩附近，先落中墩、后落次中墩方案的钢梁上缘拉应力较大；而在跨中附近，先落中墩、后落次中墩方案的钢梁上、下缘拉应力均较小。

二期铺装阶段，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－34、图3－35所示。与落梁结束阶段类似，在次中墩附近，先落中墩、后落次中墩方案的钢梁上缘拉应力较大；而在跨中附近，先落中墩、后落次中墩方案的钢梁上、下缘拉应力均较小。

图3-32　落梁完成钢梁上缘应力

图3-33　落梁完成钢梁下缘应力

图3-34　二期铺装阶段钢梁上缘应力

图3-35　二期铺装阶段钢梁下缘应力

二期铺装阶段，混凝土桥面板上下缘的应力变化情况如图3－36、图3－37所示。结果表明，先落中墩、后落次中墩方案中的混凝土桥面板在此阶段上下缘均处于受压状态，且有一定的预压应力储备；而穿插落梁方案中，次中墩附近的混凝土桥面板仍处于受拉状态，未能实现预顶升施工方法的目的。

图3-36　二期铺装混凝土桥面板上缘应力

图3-37　二期铺装混凝土桥面板下缘应力

收缩徐变阶段，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－38、图3－39所示。相比之下，尽管出现位置不同，两种方案的上缘最大拉应力和最大压应力、下缘最大拉应力均较为接近，但先落中墩、后落次中墩方案的下缘最大压应力较小，这对避免钢梁的局部失稳是有利的。

收缩徐变阶段，混凝土桥面板上下缘的应力变化情况如图3－40、图3－41所示。结果表明，由于先落中墩、后落次中墩，因此混凝土桥面板有一定的预压应力储备，在考虑十年的收缩徐变后桥面板仍基本处于受压状态；穿插落梁方案的混凝土桥面板则上下缘均出现了较大的拉应力。

图3-38　收缩徐变阶段钢梁上缘应力

图3-39　收缩徐变阶段钢梁下缘应力

图3-40　收缩徐变混凝土桥面板上缘应力

图3-41　收缩徐变混凝土桥面板下缘应力

综上所述，与穿插落梁方案相比，先落中墩、后落次中墩方案是更好的选择。(www.xing528.com)

2.次中墩先落梁与中墩先落梁

利用有限元软件模拟次中墩先落梁与中墩先落梁两种情况，并进行对比。

落梁完成后，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－42、图3－43所示。两种方案下，钢梁上缘的应力区别较大，而中墩先落梁方案下，钢梁下缘的压应力水平是在全桥范围内普遍低于次中墩先落梁方案的。

二期铺装阶段，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－44、图3－45所示。与落梁完成后类似，钢梁上缘的应力分布情况仍区别较大，中墩先落梁方案的钢梁下缘压应力水平较低，且其低于次中墩先落梁方案的幅度有所增大。

图3-42　落梁完成钢梁上缘应力

图3-43　落梁完成钢梁下缘应力

图3-44　二期铺装阶段钢梁上缘应力

图3-45　二期铺装阶段钢梁下缘应力

二期铺装阶段，混凝土桥面板的上下缘应力变化情况如图3－46、图3－47所示。可见，在次中墩先落梁方案中，混凝土桥面板不仅未能储备一定的预压应力，甚至在次中墩附近的负弯矩区中上下缘均出现了较大的拉应力，这将导致负弯矩区混凝土桥面板严重的开裂问题。

图3-46　二期铺装阶段混凝土桥面板上缘应力

图3-47　二期铺装阶段混凝土桥面板下缘应力

收缩徐变阶段，钢梁上下缘的应力变化情况如图3－48、图3－49所示。可见，经过十年的收缩徐变后，中墩先落梁方案的钢梁下缘在全桥范围内基本处于受拉状态，上缘的压应力水平也低于次中墩先落梁的方案，有利于发挥钢-混叠合梁桥的性能优势。

收缩徐变阶段，混凝土桥面板上下缘的应力变化情况如图3－50、图3－51所示。考虑十年的收缩徐变后，中墩先落梁方案的混凝土桥面板压应力有所减小，但在全桥范围内，混凝土桥面板仍基本处于受压状态；而次中墩先落梁方案中，混凝土桥面板已经基本全部处于受拉状态。

图3-48　收缩徐变阶段钢梁上缘应力

图3-49　收缩徐变阶段钢梁下缘应力

图3-50　收缩徐变混凝土桥面板上缘应力

图3-51　收缩徐变混凝土桥面板下缘应力

综上所述，相比次中墩先落梁方案而言，中墩先落梁是更好的选择。