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【摘 要】 对于连续刚构，不管是先合拢边跨合拢段、还是先合拢中跨合拢段，墩身与箱梁T构处于刚性连接状态。如此梁段的伸张与收缩必然对墩身产生作用，同时墩身的弯曲必然给箱梁以反作用力。本文以某连续梁合拢段外锁装置为例，阐述悬臂浇筑连续梁合拢段外锁装置设计施工技术。
【关键词】 连续刚构;合拢段;内力分析;外锁装置
一、连续刚构合拢段临时支撑钢构的概述
悬臂浇筑钢筋混凝连续梁，各个“T”构完成悬浇后，将合拢段交替合拢连接。在合拢段施工前均要求设置临时加劲钢支撑，以约束悬臂端的自由变化，保证合拢段混凝土的质量。
对于连续刚构，不管是先合拢边跨合拢段、还是先合拢中跨合拢段，墩身与箱梁T构处于刚性连接状态。如此梁段的伸张与收缩必然对墩身产生作用，同时墩身的弯曲必然给箱梁以反作用力。
将合拢段的边界条件假定为两端刚性约束，即认为桥墩刚度无限大，忽略合拢段施工时梁部混凝土收缩、徐变的较小变形，只考虑温差引起的变形，只作中跨合拢段计算。边跨使用中跨劲性骨架偏于安全，故一般计算只计算中跨合拢。
本文以铜黄高速公路常家河特大桥（75+2×140+75）m连续刚构合拢段外锁装置为例，阐述悬臂浇筑连续刚构合拢段外锁装置设计及施工技术。
二、常家河特大桥（75+2×140+75）m连续刚构概况
铜黄高速公路K103+035常家河特大桥横跨常家河，与河沟斜交。梁体采用（75+2×140+75）m预应力连续刚构，墩身为薄壁空心墩。刚构主墩5#、6#、7#墩高分别为57.16m、85.81m、68.67m。
各单“T”除0号块外分18对节段，其纵向分段长度为6×3m+6×3.5m+6×4m，0#块长12m，中、边跨合拢段长度均为2m，边跨现浇段长度3.89m。
（75+2×140+75）m连续刚构是单箱单室、变高度、等梁宽结构，箱梁顶宽16.65m，底宽8.65m。梁高从8.3m变化到3.2m。中跨合拢段处梁高3.2m，顶板厚度0.32m，腹板厚度0.55m，两侧腹板内间距7.55m，底板厚度0.32m。具体见图一：中跨合拢段断面图。
图1 中跨合拢段断面图
关于合拢段顶推，设计文件要求混凝土浇筑前，以1500KN作为顶推力。
三、连续刚构合拢结构受力分析
悬臂浇筑连续刚构合拢结构示意图如图2所示。
图2 加劲钢支撑受力分析示意图
1、合拢段临时加劲钢支撑受力工况分析
合拢段临时加劲钢支撑受温度伸张应力影响，在升温阶段，加劲钢支撑与悬臂T构的伸张推动墩身位移，墩身位移产生弹性力，反作用于箱梁上，箱梁传递顶压钢支撑。
悬臂浇筑连续刚构合拢临时钢支撑受力分析示意图如图3所示。
图3 合拢临时钢支撑受力分析示意图
2、结构计算基本条件及条件假定：
（1）计算时只考虑温差影响;由于合拢段施工时各梁段混凝土所经历的时间较短，混凝土收缩、徐变产生的变形值相对较小;因升温产生的墩柱高度增加占用比例太小，且高度增加所计算压力值小于不考虑温升的计算值，不影响本计算安全性，故计算时不考虑墩柱温升的高度变化;
（2）为简化计算，把变高度梁简化为平均断面的等截面梁处理;
（3）箱梁两悬臂端计算长度L=138m（除去合拢段）;
（4）箱梁混凝土材料线膨胀系数为α1=1×10-5m/co·m，钢结构线膨胀系数为α2=1.2×10-5m/co·m;
（5）本项目预计在5月合拢，根据气象资料，合拢时当地日平均升降温度差△T≈10co;
（6）箱梁单臂平均横截面积A=19.9m2;
（7）主墩6#墩墩身高度H1=57.16m（承台距离梁底面），主墩6#墩墩身高度H2=85.81m，主墩7#墩墩身高度H3=68.67m;主墩6#墩墩身平均横截面积A1=22.37m2，主墩5#、7#墩墩身平均横截面积A2=18.77m2;CAD求得主墩6#墩身平均截面惯性矩I1=1.48×1010cm4，主墩5#、7#墩身平均截面惯性矩I2=0.64×1010cm4;墩顶梁底距离合拢段截面中心高度△h=6.7m。箱梁C50混凝土弹性模量Eh=3.45×104MPa，墩身C40混凝土弹性模量Eh1=3.25×104MPa;
（8）合拢段长度Ls=2m（钢支撑长度），设计顶推力Ft=1500KN;
（9）设计钢支撑采用4根I32a工字钢组合支撑柱，每根柱横截面积Ag=134cm2，每根柱最小截面惯性矩I=918cm4，弹性模量Eg=3.25×104MPa。
四、合拢段临时约束钢支撑结构验算及优化
1、合拢段临时约束结构
在施工设计图中，合拢块在合拢前采用体外刚性支撑柱进行锁定。刚性支撑柱采用4组钢支撑柱，分别在顶板上安装2组、箱内底板上安装2组，每组支撑柱使用2根I32a型工字钢组拼，支撑柱与箱梁上的预埋板焊接，双面焊缝高度8mm，每根支撑柱一端焊缝长度Lh=35cm。
2、结构安全性验算
2.1、顶推力对钢支撑的压力
①顶推力对临时钢支撑的压缩变形量
=0.27mm;
②顶推箱梁的伸长量=0.3mm;
③以上（0.27+0.3）/2=0.285mm位移△L引起墩身弯曲的反拉力P
5#墩=9.54KN;
6#墩=6.51KN;
7#墩=5.49KN;
按线性关系作用到合拢段高度的反拉力P’
P1’=P5#H1/（H1+△h）=9.54×57.16÷（57.16+6.7）=8.54KN; P2’=P6#H2/（H2+△h）=6.51×85.81÷（85.81+6.7）=6.04KN;
P3’=P7#H3/（H3+△h）=5.49×68.67÷（68.67+6.7）=5KN;
2.2、温度伸缩对钢支撑的压力
①悬臂“T”构温升伸长量△y1
△y1=α1L△T=1×10-5m/co·m×138m×10co=13.8mm;
②合拢段钢支撑温升伸长量△y2
△y2=α2LS△T=1.2×10-5m/co·m×2m×10co=0.24mm;
③主墩温升伸长量△H
△H1=α1H1△T=1×10-5m/co·m×57.16m×10co=5.7mm;
△H2=α1H2△T=1×10-5m/co·m×85.81m×10co=8.6mm;
△H3=α1H3△T=1×10-5m/co·m×68.67m×10co=6.9mm;
④以上（13.8+0.2）/2=7mm位移△y引起墩身弯曲的反拉力为F
5#墩=234KN;
6#墩=160KN;
7#墩=135KN;
按线性关系作用到合拢段高度的反拉力F’
F1’=F5#H1/（H1+△h）=234×57.166÷（57.166+6.7）=209.5KN;
F2’=F6#H2/（H2+△h）=160×85.819÷（85.819+6.7）=148.4KN;
F3’=F7#H3/（H3+△h）=135×68.677÷（68.677+6.7）=123KN;
2.3、临时钢支撑抗压强度检算
①6#墩作为中间墩，在不均匀荷载情况下自身产生变形抵消，实际受压力为5#和7#墩的平均值N1=（F1’+F3’+P1’+P3’）/2=173KN;设计顶推力N2=1500KN;临时钢支撑受到的最大压力N为：
N=N1+N2=1673KN
②临时钢支撑承压能力
临时钢支撑柱长度2m属于短柱，按钢结构设计规定，其承压能力按受压构件计算。支撑柱钢材为Q235，f=215MPa。
承压能力[N]=4（Af）=4×134×100×215÷1000=11524KN。
由于[N]>N，钢支撑结构纵向受压满足设计要求。但设计钢支撑承压能力远大于最大压力，设计过于保守，应予以优化。
2.4、钢支撑柱与预埋板焊接缝强度检算
钢支撑柱与预埋板之间采用焊接连接。焊缝高度h=8mm，每根支撑柱一端焊缝长度Lh=35cm。焊缝容许抗剪强度[τ]=85MPa。
总计抗剪力Pj=0.75nhLh[τ]=0.75×4×4×8×350×85÷1000 =2856KN，大于N=1673KN，满足要求。
2.5、临时钢支撑优化方案及检算
临时钢支撑受到的最大压力N=1673KN，作为短杆反算材料承压面积A：
A=N/f=1673×1000÷215=7871mm2=78cm2。
焊缝总长度计算：
L=N/（0.75hτ）=1673×1000÷（0.75×8×85）=3280mm。
优化方案如下：
选用4组2C14a槽钢支撑柱，分别在顶板上安装2组、箱内底板上安装2组，支撑柱与箱梁上的预埋板焊接，双面焊缝高度8mm，每组支撑柱共4条焊缝，每根支撑柱一端焊缝长度L=30cm。见图4合拢段临时钢支撑结构布置示意图。
图4 合拢段临时钢支撑结构布置示意图
每根支撑柱横截面积A=37cm2，每根支撑柱最小截面惯性矩I=106cm4，每根槽钢的自由长度l0=2m，回转半径i=1.7cm。
λ=200÷1.7=118>100，属于长杆，按钢结构设计规定，采用欧拉公式计算钢支撑临界压力：
=2195KN，大于最大压力N=1673KN，满足要求。
五、施工注意事项
1、选用早强、高强混凝土，使得合龙段混凝土尽早达到设计强度，实现体系转换，并严格控制用水量，以减少混凝土的收缩变形。
2、采用低温合龙。为避免新浇混凝土早期受到较大拉力作用。合龙段混凝土浇筑时间，应选在当天最低的时刻，使混凝土浇筑后至达到一定强度之前处于升温过程之中，这样当气温达到最高温度时，混凝土本身已经能够承受部分应力。
3、加强混凝土养护。使得新浇筑混凝土在达到设计强度前处于潮湿状态，以减少箱梁顶面因日照不均所造成温差影响。
4、为防止合龙段两边悬臂端因降温而产生上翘，在合龙段施工时应在两悬臂端部增加压重。
5、及时张拉。在合龙段混凝土强度达到设计强度的80%时，应及时张拉部分预应力连续束，以策安全。
6、为保证预埋板下混凝土灌注密实，预先在预埋板上钻孔，以利于混凝土冒出。但要注意，挖孔位置应躲开支撑柱焊缝位置和锚筋位置。预埋板埋置高度与梁面持平，以利于提高抗剪能力。
7、钢支撑柱承受箱梁传来的巨大压力，与锚板焊缝是质量控制重要部位，要高度重视。
8、合龙段纵向稳定靠加劲钢支撑柱约束，横向稳定靠加劲钢支撑柱的斜拉桁架约束。但要注意其竖向稳定性，应利用挂篮底模平台和上桁架对箱梁底板和顶板间进行约束。施工时将上桁架前横梁与顶板间增设临时钢性支撑柱，将上桁架前横梁支撑在箱梁上，设置2根临时钢性支撑柱，支撑位置对应于箱梁腹板左右。
六、结束语
连续刚构合龙过程计算有很多争议，本文通过实际案例，详细阐述了手工计算在合龙过程中的应用，可供相关人员参考借鉴。
【关键词】 连续刚构;合拢段;内力分析;外锁装置
一、连续刚构合拢段临时支撑钢构的概述
悬臂浇筑钢筋混凝连续梁，各个“T”构完成悬浇后，将合拢段交替合拢连接。在合拢段施工前均要求设置临时加劲钢支撑，以约束悬臂端的自由变化，保证合拢段混凝土的质量。
对于连续刚构，不管是先合拢边跨合拢段、还是先合拢中跨合拢段，墩身与箱梁T构处于刚性连接状态。如此梁段的伸张与收缩必然对墩身产生作用，同时墩身的弯曲必然给箱梁以反作用力。
将合拢段的边界条件假定为两端刚性约束，即认为桥墩刚度无限大，忽略合拢段施工时梁部混凝土收缩、徐变的较小变形，只考虑温差引起的变形，只作中跨合拢段计算。边跨使用中跨劲性骨架偏于安全，故一般计算只计算中跨合拢。
本文以铜黄高速公路常家河特大桥（75+2×140+75）m连续刚构合拢段外锁装置为例，阐述悬臂浇筑连续刚构合拢段外锁装置设计及施工技术。
二、常家河特大桥（75+2×140+75）m连续刚构概况
铜黄高速公路K103+035常家河特大桥横跨常家河，与河沟斜交。梁体采用（75+2×140+75）m预应力连续刚构，墩身为薄壁空心墩。刚构主墩5#、6#、7#墩高分别为57.16m、85.81m、68.67m。
各单“T”除0号块外分18对节段，其纵向分段长度为6×3m+6×3.5m+6×4m，0#块长12m，中、边跨合拢段长度均为2m，边跨现浇段长度3.89m。
（75+2×140+75）m连续刚构是单箱单室、变高度、等梁宽结构，箱梁顶宽16.65m，底宽8.65m。梁高从8.3m变化到3.2m。中跨合拢段处梁高3.2m，顶板厚度0.32m，腹板厚度0.55m，两侧腹板内间距7.55m，底板厚度0.32m。具体见图一：中跨合拢段断面图。
图1 中跨合拢段断面图
关于合拢段顶推，设计文件要求混凝土浇筑前，以1500KN作为顶推力。
三、连续刚构合拢结构受力分析
悬臂浇筑连续刚构合拢结构示意图如图2所示。
图2 加劲钢支撑受力分析示意图
1、合拢段临时加劲钢支撑受力工况分析
合拢段临时加劲钢支撑受温度伸张应力影响，在升温阶段，加劲钢支撑与悬臂T构的伸张推动墩身位移，墩身位移产生弹性力，反作用于箱梁上，箱梁传递顶压钢支撑。
悬臂浇筑连续刚构合拢临时钢支撑受力分析示意图如图3所示。
图3 合拢临时钢支撑受力分析示意图
2、结构计算基本条件及条件假定：
（1）计算时只考虑温差影响;由于合拢段施工时各梁段混凝土所经历的时间较短，混凝土收缩、徐变产生的变形值相对较小;因升温产生的墩柱高度增加占用比例太小，且高度增加所计算压力值小于不考虑温升的计算值，不影响本计算安全性，故计算时不考虑墩柱温升的高度变化;
（2）为简化计算，把变高度梁简化为平均断面的等截面梁处理;
（3）箱梁两悬臂端计算长度L=138m（除去合拢段）;
（4）箱梁混凝土材料线膨胀系数为α1=1×10-5m/co·m，钢结构线膨胀系数为α2=1.2×10-5m/co·m;
（5）本项目预计在5月合拢，根据气象资料，合拢时当地日平均升降温度差△T≈10co;
（6）箱梁单臂平均横截面积A=19.9m2;
（7）主墩6#墩墩身高度H1=57.16m（承台距离梁底面），主墩6#墩墩身高度H2=85.81m，主墩7#墩墩身高度H3=68.67m;主墩6#墩墩身平均横截面积A1=22.37m2，主墩5#、7#墩墩身平均横截面积A2=18.77m2;CAD求得主墩6#墩身平均截面惯性矩I1=1.48×1010cm4，主墩5#、7#墩身平均截面惯性矩I2=0.64×1010cm4;墩顶梁底距离合拢段截面中心高度△h=6.7m。箱梁C50混凝土弹性模量Eh=3.45×104MPa，墩身C40混凝土弹性模量Eh1=3.25×104MPa;
（8）合拢段长度Ls=2m（钢支撑长度），设计顶推力Ft=1500KN;
（9）设计钢支撑采用4根I32a工字钢组合支撑柱，每根柱横截面积Ag=134cm2，每根柱最小截面惯性矩I=918cm4，弹性模量Eg=3.25×104MPa。
四、合拢段临时约束钢支撑结构验算及优化
1、合拢段临时约束结构
在施工设计图中，合拢块在合拢前采用体外刚性支撑柱进行锁定。刚性支撑柱采用4组钢支撑柱，分别在顶板上安装2组、箱内底板上安装2组，每组支撑柱使用2根I32a型工字钢组拼，支撑柱与箱梁上的预埋板焊接，双面焊缝高度8mm，每根支撑柱一端焊缝长度Lh=35cm。
2、结构安全性验算
2.1、顶推力对钢支撑的压力
①顶推力对临时钢支撑的压缩变形量
=0.27mm;
②顶推箱梁的伸长量=0.3mm;
③以上（0.27+0.3）/2=0.285mm位移△L引起墩身弯曲的反拉力P
5#墩=9.54KN;
6#墩=6.51KN;
7#墩=5.49KN;
按线性关系作用到合拢段高度的反拉力P’
P1’=P5#H1/（H1+△h）=9.54×57.16÷（57.16+6.7）=8.54KN; P2’=P6#H2/（H2+△h）=6.51×85.81÷（85.81+6.7）=6.04KN;
P3’=P7#H3/（H3+△h）=5.49×68.67÷（68.67+6.7）=5KN;
2.2、温度伸缩对钢支撑的压力
①悬臂“T”构温升伸长量△y1
△y1=α1L△T=1×10-5m/co·m×138m×10co=13.8mm;
②合拢段钢支撑温升伸长量△y2
△y2=α2LS△T=1.2×10-5m/co·m×2m×10co=0.24mm;
③主墩温升伸长量△H
△H1=α1H1△T=1×10-5m/co·m×57.16m×10co=5.7mm;
△H2=α1H2△T=1×10-5m/co·m×85.81m×10co=8.6mm;
△H3=α1H3△T=1×10-5m/co·m×68.67m×10co=6.9mm;
④以上（13.8+0.2）/2=7mm位移△y引起墩身弯曲的反拉力为F
5#墩=234KN;
6#墩=160KN;
7#墩=135KN;
按线性关系作用到合拢段高度的反拉力F’
F1’=F5#H1/（H1+△h）=234×57.166÷（57.166+6.7）=209.5KN;
F2’=F6#H2/（H2+△h）=160×85.819÷（85.819+6.7）=148.4KN;
F3’=F7#H3/（H3+△h）=135×68.677÷（68.677+6.7）=123KN;
2.3、临时钢支撑抗压强度检算
①6#墩作为中间墩，在不均匀荷载情况下自身产生变形抵消，实际受压力为5#和7#墩的平均值N1=（F1’+F3’+P1’+P3’）/2=173KN;设计顶推力N2=1500KN;临时钢支撑受到的最大压力N为：
N=N1+N2=1673KN
②临时钢支撑承压能力
临时钢支撑柱长度2m属于短柱，按钢结构设计规定，其承压能力按受压构件计算。支撑柱钢材为Q235，f=215MPa。
承压能力[N]=4（Af）=4×134×100×215÷1000=11524KN。
由于[N]>N，钢支撑结构纵向受压满足设计要求。但设计钢支撑承压能力远大于最大压力，设计过于保守，应予以优化。
2.4、钢支撑柱与预埋板焊接缝强度检算
钢支撑柱与预埋板之间采用焊接连接。焊缝高度h=8mm，每根支撑柱一端焊缝长度Lh=35cm。焊缝容许抗剪强度[τ]=85MPa。
总计抗剪力Pj=0.75nhLh[τ]=0.75×4×4×8×350×85÷1000 =2856KN，大于N=1673KN，满足要求。
2.5、临时钢支撑优化方案及检算
临时钢支撑受到的最大压力N=1673KN，作为短杆反算材料承压面积A：
A=N/f=1673×1000÷215=7871mm2=78cm2。
焊缝总长度计算：
L=N/（0.75hτ）=1673×1000÷（0.75×8×85）=3280mm。
优化方案如下：
选用4组2C14a槽钢支撑柱，分别在顶板上安装2组、箱内底板上安装2组，支撑柱与箱梁上的预埋板焊接，双面焊缝高度8mm，每组支撑柱共4条焊缝，每根支撑柱一端焊缝长度L=30cm。见图4合拢段临时钢支撑结构布置示意图。
图4 合拢段临时钢支撑结构布置示意图
每根支撑柱横截面积A=37cm2，每根支撑柱最小截面惯性矩I=106cm4，每根槽钢的自由长度l0=2m，回转半径i=1.7cm。
λ=200÷1.7=118>100，属于长杆，按钢结构设计规定，采用欧拉公式计算钢支撑临界压力：
=2195KN，大于最大压力N=1673KN，满足要求。
五、施工注意事项
1、选用早强、高强混凝土，使得合龙段混凝土尽早达到设计强度，实现体系转换，并严格控制用水量，以减少混凝土的收缩变形。
2、采用低温合龙。为避免新浇混凝土早期受到较大拉力作用。合龙段混凝土浇筑时间，应选在当天最低的时刻，使混凝土浇筑后至达到一定强度之前处于升温过程之中，这样当气温达到最高温度时，混凝土本身已经能够承受部分应力。
3、加强混凝土养护。使得新浇筑混凝土在达到设计强度前处于潮湿状态，以减少箱梁顶面因日照不均所造成温差影响。
4、为防止合龙段两边悬臂端因降温而产生上翘，在合龙段施工时应在两悬臂端部增加压重。
5、及时张拉。在合龙段混凝土强度达到设计强度的80%时，应及时张拉部分预应力连续束，以策安全。
6、为保证预埋板下混凝土灌注密实，预先在预埋板上钻孔，以利于混凝土冒出。但要注意，挖孔位置应躲开支撑柱焊缝位置和锚筋位置。预埋板埋置高度与梁面持平，以利于提高抗剪能力。
7、钢支撑柱承受箱梁传来的巨大压力，与锚板焊缝是质量控制重要部位，要高度重视。
8、合龙段纵向稳定靠加劲钢支撑柱约束，横向稳定靠加劲钢支撑柱的斜拉桁架约束。但要注意其竖向稳定性，应利用挂篮底模平台和上桁架对箱梁底板和顶板间进行约束。施工时将上桁架前横梁与顶板间增设临时钢性支撑柱，将上桁架前横梁支撑在箱梁上，设置2根临时钢性支撑柱，支撑位置对应于箱梁腹板左右。
六、结束语
连续刚构合龙过程计算有很多争议，本文通过实际案例，详细阐述了手工计算在合龙过程中的应用，可供相关人员参考借鉴。