某曲線連續(xù)梁橋支座脫空成因分析及解決方案

葉元芬 高云峰

1 概況

某互通匝道橋上跨主線，平面位于 R=180 m左偏圓曲線上，其上部結(jié)構(gòu)采用3×36 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋墩采用花瓶形方柱墩配樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)。主梁為單箱單室截面，梁高2 m，頂寬8 m，底寬3 m，斜腹板。兩中間墩采用單支座，設(shè)置預(yù)偏心0.2 m，兩邊墩采用雙支座，支座間距1.8 m。

本橋采用滿堂支架施工，在鋼束張拉完畢，拆除底模時(shí)，出現(xiàn)邊墩曲線內(nèi)側(cè)支座上、下鋼板分離，支座脫空現(xiàn)象，曲線外側(cè)支座也因?yàn)槭軌哼^(guò)大已經(jīng)有所變形;中墩處單支座由于梁體翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生不均勻變形。

2 支座脫空成因分析

本聯(lián)橋跨越主線道路，為了達(dá)到較好的景觀效果，中間橋墩的布置方向保持和主線一致，同時(shí)為了保證上構(gòu)箱梁為正橋，中間墩墩頂設(shè)置單支座。曲線梁與直線梁的主要區(qū)別在于曲線梁具有如下特征:1)外緣彎曲應(yīng)力大于內(nèi)緣彎曲應(yīng)力;2)外緣撓度大于內(nèi)緣撓度且隨著曲率半徑的減小，撓度差不斷增大;3)無(wú)論恒載還是可變荷載都會(huì)產(chǎn)生扭矩，曲線梁總是處于“彎、扭耦合”的受力狀態(tài)下。

通過(guò)采用大型空間程序邁達(dá)斯2006(Midas/Civil 2006)對(duì)本聯(lián)橋計(jì)算分析得出在預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力作用下箱梁扭矩較大，直接導(dǎo)致過(guò)渡墩處曲線內(nèi)側(cè)支座脫空。在自重及預(yù)應(yīng)力作用下各支座反力見表1。

表1 自重及預(yù)應(yīng)力作用下各支座反力 kN

通過(guò)理論分析與結(jié)構(gòu)計(jì)算，筆者認(rèn)為本聯(lián)橋支座脫空主要原因有以下兩點(diǎn):

1)本聯(lián)橋位于曲線范圍，預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力產(chǎn)生的箱梁扭矩較大，雖然兩中間墩均設(shè)置了0.2 m預(yù)偏心，但由于中間橋墩的獨(dú)柱單點(diǎn)支承方式不能有效地抵抗上部結(jié)構(gòu)的扭矩，而只能由曲線梁橋的兩端設(shè)置的雙支座來(lái)承擔(dān)，在此情況下，連續(xù)梁橋的受扭跨度大大增長(zhǎng)，直接等于連續(xù)梁的全長(zhǎng)而不是單孔長(zhǎng)度，導(dǎo)致連續(xù)梁的兩端支承處產(chǎn)生過(guò)大的扭矩。

2)上構(gòu)箱梁為了美觀，設(shè)計(jì)為斜腹板，底板寬度只有3 m，致使連續(xù)梁兩端支座橫向間距偏小，從而成為導(dǎo)致本聯(lián)橋支座脫空的另一個(gè)主要原因。

3 解決方案擬定

從前面的分析可知，若要克服由預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力產(chǎn)生的扭矩，最行之有效的方法就是縮短橋梁的受扭跨度及盡量加大過(guò)渡墩支座橫向間距。結(jié)合本聯(lián)橋?qū)嶋H情況擬采用如下解決方案:

1)將中間橋墩(C4及C5)的單支座支承形式改為雙支座支承，并保持原有偏心不變，支座間距設(shè)置為1.8 m。

2)將C3號(hào)及C6號(hào)過(guò)渡墩上支座的支承間距由1.8 m調(diào)整為2.0 m。

4 結(jié)構(gòu)分析

4.1 計(jì)算模型

為了確保施工及運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)安全可靠，對(duì)擬定的方案采用邁達(dá)斯2006進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，全橋計(jì)算共劃分128個(gè)空間梁?jiǎn)卧?/p>

4.2 計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

1)主梁C50混凝土容重按26 kN/m3計(jì)，二期恒載(橋面鋪裝及護(hù)欄)按40 kN/m考慮。2)汽車荷載:公路Ⅰ級(jí)，偏向曲線外側(cè)布載，單向行駛。3)基礎(chǔ)不均勻沉降:1 cm。4)溫度荷載:體系升溫20℃;體系降溫20℃;箱梁日照正溫差:T1=14℃，T2=5.5℃;箱梁日照負(fù)溫差:T1=-7℃，T2=-2.75℃。5)離心力系數(shù):C=0.07。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，頂升更換支座后，支座最小反力為232 kN(壓力)。施工單位精心組織，嚴(yán)格控制施工程序，可以很好地解決目前支座脫空問(wèn)題。

5 施工步驟

頂升梁體共分為三個(gè)大的步驟:1)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)的梁體頂推還原到設(shè)計(jì)位置。2)將上構(gòu)箱梁進(jìn)行整體頂升，移除原有支座后安裝新設(shè)置的支座。3)落梁。施工流程如圖1所示。

6 結(jié)語(yǔ)

在曲線梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面整體的空間受力計(jì)算分析，只采用橫向分布等簡(jiǎn)化計(jì)算方法，不能滿足設(shè)計(jì)要求。必須對(duì)其在承受縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)和翹曲作用下，結(jié)合自重、預(yù)應(yīng)力和汽車活載等荷載進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，充分考慮其結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)才能得到安全可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

[1] 邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 孫廣華.曲線梁橋計(jì)算[M].北京:人民交通出版社，1997.

[3] 陳小兵，戴松柏，丁建明，等.匝道橋曲線箱梁翹曲整治方法[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007(4):104-106.

[4] 孫宗光，孫占琦，李曉飛.曲線連續(xù)梁橋側(cè)向失穩(wěn)破壞機(jī)理與行為分析[J].公路交通科技，2006，23(7):68-72.