連續梁橋交接墩偏移影響因素分析

王爭 田世清

摘要：

關鍵詞：連續梁；交接墩偏移；影響因素

1.工程背景

重慶地處山嶺重丘區，山高谷深，彎、坡及高墩橋梁相對較多。部分連續梁坡橋交接墩先后出現如：盆式橡膠支座支座超限滑移、墩柱向上坡方向偏移、墩身地面以上局部出現大量環向裂縫等病害，最嚴重的梁體幾乎掉在蓋梁上。這些病害橋梁分布較為廣泛，在石忠、彭武、渝鄰等多條高速公路和石柱、萬州等多條地方公路均有出現，嚴重威脅橋梁運營安全。為此，學者和工程師們做了大量的病害調查和分析研究工作，論述了病害原因和處治措施，為橋梁建設和養護維修提供了寶貴的經驗。筆者對這些著述深入研究，發現還有問題未有答案，如：為什么交接墩偏移量與橋梁縱坡大小不成比例？帶著這個問題，筆者進行了深入的調查、計算、分析工作。

2.病害調查結果

共調查了出現前述病害的19座橋梁、34個交接墩和344個支座，匯總統計支座及墩柱存在的主要缺陷和病害如下。

2.1支座安裝缺陷

1）支座未按照設計位置安裝。表現在：

（1）同排支座中心橫向未在一條直線上，有的靠前，有的靠后；

（2）支座頂板中心與支座中心偏離較大。

2）支座頂板安裝不水平，即支座滑動面（支撐面）不水平。主要是因為預制梁體時未對梁底預埋鋼板進行調坡，直接擺放在底座上而與梁底成一個面，在設計有縱坡的情況下安裝梁體時也未對支座頂板與梁底預埋鋼板之間進行調坡處理而形成的；

3）支座底板安裝不水平。這主要是由于支座墊石頂面不水平且安裝支座時也未進行調平處理而產生的；

2.2支座使用期間形成的病害

1）支座異常滑移；

2）支座被剪切破壞。

2.3墩柱病害

1）交接墩沿著縱向向上坡方向偏移；

2）偏移嚴重的墩柱混凝土表面出現大量裂縫。

2.4某高速公路橋梁支座相關病害調查統計情況見表1。

3.連續梁交接墩偏移量影響因素分析

3.1影響交接墩偏移量的因素識別

引起墩柱偏移的原因主要是水平分力和溫度力，墩柱偏移值的大小又與推力大小、墩高、墩徑關系密切，各因素對墩柱偏移影響如圖3.1。

圖3.1墩柱偏移量影響因素關系圖

3.2支撐面實際坡度i的影響分析

調查顯示，支座支撐面實際坡度與橋梁設計縱坡是不一致的，有的大，有的小，且沒有規律性。同一橋墩上的兩排支座頂板坡度大多不一致。同一橋梁相同縱坡的左右兩幅中相同墩號上的支座頂板坡度也不相同。

設計縱坡大的橋，頂板實際坡度i可能較小。如芹菜壩大橋，設計縱坡-4%，右幅3#墩支座頂板坡度實際為前排-3.4%，后排-3.08%。

設計縱坡小的橋，支座頂板實際坡度可能較大。如楠花1#橋，設計縱坡1.03%，右幅4#墩支座頂板坡度實際為前排4.6%，后排4.1%。

根據受力分析，墩柱受到的水平推力 （ 為i對應的夾角），由此可知，支座頂板坡度i的大小，影響橋墩受到水平推力的大小。對某一橋墩來講，i越大，橋墩受到向上坡方向的水平推力越大，橋墩偏移量也越大；i越小，橋墩受到向上坡方向的水平推力越小，橋墩偏移量也越小。

3.3橋梁上部荷載G的影響分析

橋梁上部荷載包括恒載、活載和制動力。一般來講，對相同跨徑和相同結構形式的橋梁，上部荷載基本是相同的，但也會受施工質量控制的差異，形成較小的差別。如果結構形式不同，或者橋梁跨徑不同，上部荷載差別就會比較大。根據水平推力公式，在存在i的情況下，G越大，橋墩受到的水平推力越大，橋墩偏移量也越大；G越小，橋墩受到的水平推力越小，橋墩偏移量也越小。

3.4摩擦系數μ的影響分析

梁體安裝后，由于支座頂板、底板實際坡度并不水平且不一致，造成支座脫空和局部受壓。支座脫空程度不一，各個支座的摩擦系數μ是不同的，兩排支座的平均摩擦系數也可能是不相同的。從表1中可以看出，同一墩上兩排支座頂板滑移量大多不一樣，說明四氟板受剪切破壞也是有時間先后的，四氟滑板的局部破壞，也會改變摩擦系數μ。

墩柱偏移滑動時，上部荷載產生的摩擦力對其有抑制作用。摩擦系數μ越大，摩擦力越大，對橋墩偏移的抑制作用越大，橋墩偏移量可能越小；μ越小，摩擦力越小，對橋墩偏移的抑制作用越小，橋墩偏移量可能越大。

3.5墩徑r的影響分析

橋墩直徑r是反映橋墩剛度的重要指標，對某一橋墩來講，r越大，剛度越大，抗彎能力越強，r越小，剛度越小，抗彎能力越弱。R的大小與墩高和上部荷載等因素有關系，一般按照長細比來控制，不是根據橋梁縱坡大小來決定的。也就是說，橋墩的偏移量不會因為縱坡而成規律性變化。對某一橋墩來講，當其他因素確定時，r越大，橋墩偏移量越小；r越小，橋墩偏移量越大。

3.6墩高h的影響分析

橋墩的高度h只受地形的影響，不會與縱坡有直接關系。h也是影響橋墩剛度的因素之一，在墩徑和外力因素相同時，h越大，剛度越小，抗推能力也越小，橋墩偏移量越大；，h越小，剛度越大，抗推能力也越大，橋墩偏移量越小。

3.7支座中心安裝偏離值y的情況分析

除了安裝溫度調整外，規范要求支座頂板和支座中心應無偏離。事實上對于受調查的橋梁來講，支座頂板中心安裝均存在較大的偏離值，最大達到了7cm。頂板中心偏離實際上相當于減小了支座的允許滑移量。支座頂板中心安裝偏離與橋梁縱坡沒有必然關系，是由施工控制引起的，偏離值的大小具有偶然性。偏離值越大，實際允許滑移量越小，四氟滑板越容易被早期破壞，墩柱越容易發生在溫度力作用下的嚴重偏移。

3.8溫度力T的影響分析

當支座頂板滑入四氟滑板后，推動橋墩偏移的主要是溫度力。溫度力與溫差有關系，一個是溫差大小，二個是溫度變化頻率。頻率意味著對墩柱推動的次數多少，溫差意味著每次推動位移的大小。由于溫差作用下梁體長度的變化與溫差存在線性關系，所以跨徑越大受溫差的影響越大。一般來講，只要溫度力T開始推動橋墩偏移時，橋墩的偏移量就會越來越大。

4.分析結論

通過前面的分析可知，橋墩偏移值并不是與橋梁縱坡成簡單比例關系，而是受多種因素共同影響。包括支座支撐面實際坡度i、橋梁上部荷載G、摩擦系數μ、墩徑r、墩高h、支座中心安裝偏離值y和溫度力T等，這些量任何一個發生改變時，墩柱都有不同的偏移值。如果針對某座橋某個墩，當支座頂板未滑入四氟滑板內時，橋墩偏移量則與i、G、μ、r、h有關；當支座四氟滑板被剪切破壞時，橋墩偏移量則與溫度力T有關；支座中心安裝偏離值y的大小是影響支座允許滑移量的因素，對頂板是否滑入四氟滑板內有直接聯系。綜合來看，支座支撐面坡度大的橋墩，可能因為支座頂板中心偏離較小、墩高較小、支座局部脫空程度不一而引起摩擦系數不一樣等因素，而未發生較大偏移。

同座橋同坡度的左右幅橋墩，可能因為支座頂板實際坡度不一樣、支座頂板中心偏離值不一樣、墩高不一樣、墩徑不一樣、支座局部脫空程度不一而引起摩擦系數不一樣等因素，而偏移程度不一樣。