連續剛構橋施工中腹板開裂數值分析

□文/周 奧 王洪龍

1 工程概況

某高速公路上的一座特大跨徑連續剛構橋，主橋橋跨布置為118 m+210 m+118 m，見圖1。

圖1 橋梁立面

1）結構尺寸。主橋上部采用單箱單室直腹板的箱型截面，頂板寬13.75 m，底板度8 m，支點梁高13 m，跨中梁高4.8 m。

2）材料特性。連續剛構橋的上部梁體采用C55混凝土；雙薄壁墩的混凝土強度等級為C40，承臺和樁基的混凝土強度等級為C30；橋面鋪裝層采用10 cm厚的瀝青混凝土。

3）預應力體系。箱梁結構采用縱、橫、豎三向預應力體系，其中縱向預應力筋有三種，分別為頂板縱向、腹板縱向以及底板縱向預應力筋。

主跨采用分段平衡懸臂澆筑法施工。由于施工過程中箱梁產生裂縫，為檢測施工質量，確保工程的可靠性，建立計算模型分析施工中箱梁開裂的原因。此時橋跨左右兩幅的施工進度為，左幅共澆筑22個節段，右幅共澆筑8個節段。

2 現場檢測

橋梁主要病害為施工中各節段箱梁梁體腹板開裂。受條件限制，各節段腹板外側無法檢測，腹板內側混凝土裂縫的檢測結果見表1-表4。

由表1-表4可以看出，兩幅橋的所有已施工完成節段腹板內側共發現裂縫58條，主要以水平裂縫和斜向裂縫為主，見表5。

表1 左幅1#墩各節段內側腹板裂縫

表2 左幅2#墩各節段內側腹板裂縫

表3 右幅1#墩各節段內側腹板裂縫

表4 右幅2#墩各節段內側腹板裂縫

表5 各節段內側腹板裂縫匯總

裂縫的位置具有一定規律，主要位于節段的腹板內側面中下部。已施工6個節段的左幅1#墩的裂縫情況要好于已施工5個節段的左副2#墩，而已施工2個節段的右幅1#、2#墩的裂縫情況相比最嚴重。這是因為：剛開始施工時，結構受預應力、溫度以及混凝土收縮徐變等因素的共同影響，腹板區域受力極其復雜，出現較大的主拉應力，超過了混凝土當時的抗拉強度而開裂；但隨著已完成的施工節段增多，結構的預壓應力隨之增加，這些區域之前產生較大的腹板拉應力值不斷減小。

3 平面應力分析及驗算

為更進一步分析連續剛構橋施工中箱梁腹板開裂的原因，建立橋博平面桿系模型對已施工完成的節段進行平面應力的分析及驗算。

采用橋梁結構分析軟件Doctor Bridge程序建立平面模型進行計算分析。建模時根據實際施工進度劃分相應階段來模擬結構的受力狀態，見表6。

表6 施工階段

橋梁按照T構建立模型，主要考慮縱向和豎向預應力鋼筋的作用，橫向預應力鋼筋不做考慮，T構兩端對稱，0#、1#施工塊按照截面變化分別劃分為8個單元和2個單元，2#～6#施工塊各劃分為1個單元。見圖2。

圖2 T構計算模型

由于4個T構的施工進度為：左幅1#墩完成上部結構6#節段施工，左幅2#墩完成了上部結構5#節段施工，右幅1#、2#墩完成了上部結構2#節段施工。因此，在進行平面應力分析時選取0#、1#節段的各單元為控制截面，分析其在承載能力極限狀態下各施工階段中的應力情況。見圖3。

圖3 0#、1#塊在各施工階段的最大拉壓應力

在施工過程中，0#、1#節段下緣在2#～6#節段施工過程中存在拉應力，其中最大主拉應力出現在第15施工階段張拉5#節段鋼筋施工段，為-0.56 MPa，絕對值＜0.7=0.7×2.74=1.9（8MPa）且此時截面配筋率＞0.2%；最大主壓應力也出現在第15施工階段張拉5#節段鋼筋施工段，為5.17 MPa，最大主拉、壓應力都滿足規范要求。

4 結論

從現場檢測結果及計算結果分析可以看出：0#、1#塊控制截面盡管在施工階段中出現了拉應力，但拉應力限值滿足規范的要求，對現施工階段結構安全沒有影響，但對結構長期的耐久性有一定影響。