預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋跨中撓度影響因素分析

萬金俠

【摘 要】本文通過對吉林至沈陽高速公路哈達(dá)灣大橋跨中撓度的調(diào)查，借助于橋梁博士建立全橋結(jié)構(gòu)分析模型，分析混凝土收縮徐變、箱梁的剛度、預(yù)應(yīng)力大小、單元初次加載齡期等對連續(xù)鋼構(gòu)橋跨中撓度的影響程度及跨中撓度的變化趨勢。在施工和運營過程中一定要嚴(yán)格控制箱梁裂縫的開展，以防止箱梁剛度降低使跨中下?lián)戏冗^大；單元初次加載齡期、預(yù)拱度設(shè)置偏差和施工誤差、超載等因素都會引起跨中撓度的增大，但影響較小。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu)橋；跨中撓度；影響因素

近年來許多大跨度的連續(xù)剛構(gòu)（連續(xù)梁）橋在運營過程中出現(xiàn)了較多的工程病害，嚴(yán)重影響到了結(jié)構(gòu)的安全。其中，主跨跨中的下?lián)弦殉闪艘环N普遍的現(xiàn)象。

對于橋梁而言，在設(shè)計階段其跨度和截面尺寸均已確定。影響其跨中撓度的主要因素有：混凝土收縮徐變， 箱梁的剛度，預(yù)應(yīng)力大小，單元初次加載齡期，預(yù)拱度設(shè)置偏差及施工誤差、超載等因素。

1 哈達(dá)灣大橋工程概況

本文以吉林至沈陽高速公路哈達(dá)灣大橋為研究對象。橋梁上部為49m+98m+49m的三跨連續(xù)剛構(gòu)，橋全長210m。橋面寬度布置為：1.50m（人行道）+4×3.5m（行車道）+1.50m（人行道），橋面全寬17m。設(shè)計荷載采用公路Ⅰ級（考慮重載車輛較多），人群荷載2.5kN/㎡。地震烈度Ⅶ度。箱梁采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，為雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，頂板寬17米，底板寬11米，外翼板懸臂長3m。

2 模型的建立

本次計算采用橋梁博士V3.0建立全橋結(jié)構(gòu)分析模型，全橋共劃分96個單元，其中1-76單元為箱梁單元，77-88單元為橋墩單元，89-96單元為掛籃單元。施工階段劃分為49個，計250天。

3 跨中撓度主要影響因素研究

3.1 收縮徐變對跨中撓度的影響

根據(jù)已建成通車的同等規(guī)模橋的有關(guān)資料，認(rèn)為由于混凝土徐變所引起橋面下?lián)峡蛇_(dá)6～10cm，然而通常病害橋梁跨中下?lián)线_(dá)到22cm，所以跨中下?lián)犀F(xiàn)象的發(fā)生，收縮徐變的影響因素不可忽略。為具體分析這10年間跨中撓度的變化情形：以橋梁建成10年后的跨中撓度為例，不考慮收縮徐變效應(yīng)為213×10-5m，只考慮收縮效應(yīng)為-522×10-5m，只考慮了徐變效應(yīng)為948×10-5m，考慮收縮徐變效應(yīng)為426×10-5m，累積效應(yīng)為851×10-5m。可見，10年后的跨中撓度，考慮收縮徐變大約是不考慮收縮徐變情況下的兩倍，即由混凝土收縮徐變引起的撓度大約占67%，可見收縮徐變效應(yīng)不容忽視。

由以上分析看出，3年后收縮徐變效應(yīng)引起的撓度值趨于平緩，10年后徐變引起的上拱值比3年后徐變引起的上拱值增加38.2%。分析計算結(jié)果與實際橋梁中出現(xiàn)的情況是吻合的。

3.2 預(yù)應(yīng)力大小對跨中撓度的影響

為了研究縱向預(yù)應(yīng)力大小對跨中短期撓度和長期撓度的影響，假設(shè)頂板預(yù)應(yīng)力和跨中底板預(yù)應(yīng)力分別減小20%和30%。預(yù)應(yīng)力減小20%和30%的模擬方法是取張拉控制應(yīng)力分別是原設(shè)計0.8倍和0.7倍，即假設(shè)張拉控制應(yīng)力分別取為0.8×0.75×1860Mpa=1116Mpa和0.7×0.75×1860Mpa=976.5Mpa，計算結(jié)果當(dāng)跨中底板預(yù)應(yīng)力減小30%時，成橋時跨中上拱值減小的百分比為49.03%，三年徐變后跨中撓度占撓度增加量的百分比為5.29%。當(dāng)頂板預(yù)應(yīng)力減小30%時，成橋時跨中上拱值減小的百分比為6.25%，三年徐變后跨中撓度占撓度增加量的百分比為17.8%。由此可見，跨中底板和頂板預(yù)應(yīng)力大小對跨中撓度均有較大影響，頂板預(yù)應(yīng)力大小對跨中下?lián)现档挠绊懜笠恍装孱A(yù)應(yīng)力大小對跨中上拱值的影響更大一些。所以增加底板束控制跨中下?lián)系男首罡撸赏ㄟ^增加底板束來控制跨中下?lián)稀?/p>

頂板預(yù)應(yīng)力減小30%時，跨中應(yīng)力仍然滿足規(guī)范的要求，無論是施工階段還是成橋階段都沒有超過容許值。但此時豎向預(yù)應(yīng)力一定不能發(fā)生變化，若豎向預(yù)應(yīng)力減小或損失過大，對撓度影響不大，但會使主拉應(yīng)力超出規(guī)范的限制。

3.3 箱梁剛度對跨中撓度的影響

通常跨中下?lián)吓c箱梁底板開裂、腹板出現(xiàn)斜裂縫是并存的，而且二者是相互影響、相互加劇的。跨中下?lián)鲜瓜淞旱装迨芾鸬装彘_裂箱梁底板開裂、腹板出現(xiàn)斜裂縫使結(jié)構(gòu)的剛度降低，進一步加劇了跨中下?lián)稀榱搜芯肯淞旱装彘_裂、腹板出現(xiàn)斜裂縫引起結(jié)構(gòu)剛度降低對跨中撓度的影響，下面用混凝土彈性模量降低的辦法來模擬結(jié)構(gòu)剛度的降低。現(xiàn)假設(shè)跨中附近兩側(cè)箱梁出現(xiàn)較多裂縫，分別考慮這些節(jié)段的剛度降低20%，30%，50%，彈性模量分別取原設(shè)計的0.8倍，0.7倍和0.5倍，具體取值分別為：

0.8×34500=27600MPa，0.7×34500=24150MPa，0.5×34500=17250MPa。

從計算結(jié)果可以看出，跨中附近箱梁剛度的降低對跨中的上拱值和下?lián)现稻幸欢ǔ潭鹊挠绊懀?dāng)剛度降低20%，成橋時和三年徐變后跨中上拱值分別增加11.8%和0.51%，成橋時上拱程度大于三年徐變后上拱程度；當(dāng)剛度降低30%，成橋時跨中上拱值增加18.75%，三年徐變后跨中下?lián)现翟黾?.14%，成橋時上拱程度大于三年徐變后下?lián)铣潭龋划?dāng)剛度降低50%，成橋時跨中上拱值增加35.4%，三年徐變后跨中下?lián)现翟黾?2.18%，成橋時上拱程度大于三年徐變后下?lián)铣潭取?/p>

由此可見，箱梁剛度的降低，對上拱值的影響程度要大于對下?lián)现档挠绊懗潭取?/p>

4 結(jié)語

通過對新建哈達(dá)灣大橋建立全橋模型進行總體分析，主要結(jié)論如下：

（1）混凝土收縮徐變對連續(xù)鋼構(gòu)橋跨中撓度影響非常之大，10年間跨中出現(xiàn)的撓度值由混凝土收縮徐變引起的大約占2/3，收縮徐變引起的撓度大部分在前3年中發(fā)生，而3年后收縮徐變效應(yīng)引起的撓度值趨于平緩。

（2）跨中底板和頂板預(yù)應(yīng)力大小對跨中撓度均有較大影響，頂板預(yù)應(yīng)力大小對跨中下?lián)现档挠绊懜笠恍装孱A(yù)應(yīng)力大小對跨中上拱值的影響更大一些。

（3）跨中附近箱梁剛度的降低對跨中的上拱值和下?lián)现稻幸欢ǔ潭鹊挠绊懀瑢ι瞎爸档挠绊懗潭纫笥趯ο聯(lián)现档挠绊懗潭龋栽谑┕ず瓦\營過程中一定要嚴(yán)格控制箱梁裂縫的開展，以防止箱梁剛度降低使跨中下?lián)戏冗^大。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]