在役大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁下?lián)嫌绊懸蛩孛舾行苑治?/h1>

2017-10-21 03:13:01楊威

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關(guān)鍵詞：敏感性橋梁

楊威

摘要：在役大跨徑連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁可以保證車輛穩(wěn)定行駛，同時(shí)具備較強(qiáng)的跨越能力，進(jìn)一步產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用范圍。但是，由于認(rèn)知存在一定約束，相應(yīng)增加了投放運(yùn)營時(shí)間，從而引發(fā)相對(duì)嚴(yán)重的下?lián)蠁栴}，降低車輛行駛的舒適性，迫切需要全方面分析敏感性因素，有效提高橋梁的可靠性。

關(guān)鍵詞：大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)；橋梁；下?lián)?；敏感?/p>

大跨徑連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁有堅(jiān)固的墩梁，便于開展施工，較強(qiáng)的跨越能力及結(jié)構(gòu)性能較好，大規(guī)模推廣應(yīng)用在高速公路中。隨著不斷增加的運(yùn)營時(shí)間，該類橋梁容易發(fā)生下?lián)蠁栴}，甚至超出設(shè)計(jì)預(yù)測范圍，這也是橋梁結(jié)構(gòu)的普遍問題。怎樣對(duì)病害成因合理分析，并最大程度地降低損害程度，需要設(shè)計(jì)人員客觀進(jìn)行分析。

一、影響結(jié)構(gòu)下?lián)系囊蛩?/p>

通過分析橋梁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)可知，大跨鋼結(jié)構(gòu)撓度具體包括兩部分整體作用方向相反的均衡結(jié)果。一是結(jié)構(gòu)自身具備的恒載與活載功能，另一是預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的作用。因此預(yù)應(yīng)力效應(yīng)帶來的變形與荷載共同導(dǎo)致構(gòu)件變形。經(jīng)過分析可知，梁體剛度、外荷載效應(yīng)、混凝土徐變等是對(duì)墻體撓度造成影響的因素，因此可能形成下?lián)系囊蛩匕ǎ旱谝?，混凝土開裂的截面一定程度減輕了剛度，快速降低的梁體剛度相應(yīng)提高了后階段撓度；第二，迅速降低的預(yù)應(yīng)力，一定程度上減少上拱變形；第三，開裂截面寬度明顯超出規(guī)定數(shù)值，迅速降低截面剛度，相應(yīng)加大幾何變位；第四，運(yùn)營過程中梁體超載達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷。這些影響結(jié)構(gòu)長期撓度的因素表現(xiàn)出巨大隨機(jī)性，因此還能彼此耦合。

二、建立結(jié)構(gòu)模型

本文以某在役高架橋跨中下?lián)献鳛轫?xiàng)目背景，經(jīng)過構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，對(duì)各種參數(shù)影響情況綜合分析，進(jìn)一步掌握下?lián)系年P(guān)鍵原因。

高架橋持續(xù)剛孔為60m+90m+60m，邊孔設(shè)置的連續(xù)梁是35m，橋梁整體長度為280m。上部選擇單箱單室箱梁結(jié)構(gòu)，墩頂箱梁高度5m，跨中箱梁高度2m，通過平衡懸臂澆筑法開展操作。

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，在施工環(huán)節(jié)采取的懸臂澆筑施工技術(shù)，使用掛籃處理施工。結(jié)合全橋施工特點(diǎn)，科學(xué)劃分施工流程，并結(jié)合具體程序分階段落實(shí)。全橋共計(jì)355個(gè)單元，362個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)T形梁一側(cè)劃分為0-28#共計(jì)29個(gè)節(jié)段。

三、敏感性分析

科學(xué)選擇8#墩兩側(cè)邊跨與主跨各節(jié)段截面計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的撓度數(shù)值。

（一）結(jié)構(gòu)剛度

當(dāng)預(yù)應(yīng)力難以消除外部荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)，開裂形成三個(gè)效應(yīng)，一是開裂以后快速降低的梁體截面慣矩，減輕了梁體剛度，增大變形，同時(shí)一部分裂縫還可能引發(fā)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，引發(fā)變形。

材料彈性模量與截面參數(shù)共同影響截面剛度，設(shè)計(jì)好尺寸參數(shù)通常不會(huì)發(fā)生改變，但混凝土材料表現(xiàn)出時(shí)效性，容易改變彈性模量，這對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)來講，存在有次應(yīng)力，影響結(jié)構(gòu)撓度更大的因素是彈性模量。在后期運(yùn)行中結(jié)構(gòu)由于不斷發(fā)展的裂縫而持續(xù)擴(kuò)散，直接降低了結(jié)構(gòu)剛度，有效增加了跨中撓度。采取結(jié)構(gòu)模型對(duì)彈性結(jié)構(gòu)模量有效降低的方法綜合模擬結(jié)構(gòu)整體剛度。

主梁混凝土使用C50，彈性模量規(guī)范數(shù)據(jù)為3.45×104MPa。對(duì)折減混凝土彈性模量科學(xué)計(jì)算，當(dāng)不改變余數(shù)時(shí)分析影響主梁線形的情況。通過分析計(jì)算結(jié)果可知，不斷降低剛度的同時(shí)擴(kuò)大邊跨與主跨下?lián)?。?dāng)減少25%剛度時(shí)，下?lián)献蠲黠@的是邊跨23#。增加了2.82cm。由于幅度增大明顯可知下降剛度較大程度影響了持續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁撓度[1]。

（二）預(yù)應(yīng)力損失

在連續(xù)鋼構(gòu)中，主梁借助預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力對(duì)自重與荷載達(dá)到平衡目標(biāo)，從零號(hào)塊施工開始，預(yù)應(yīng)力一定程度發(fā)揮了鋼束功能，導(dǎo)致主梁失去拉應(yīng)力。在大跨徑連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)中，隨著逐步延長的長度，相應(yīng)增加了懸臂長度，無形之中擴(kuò)大了自重，改變了彎曲應(yīng)力，此時(shí)，發(fā)揮關(guān)鍵作用的是預(yù)應(yīng)力。張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋中形成的有效預(yù)應(yīng)力在計(jì)算裂縫寬度時(shí)發(fā)揮了決定性作用。若對(duì)其低估，則難以彰顯自身功能；若對(duì)其高估，則容易損壞構(gòu)件。若管道壓漿形成空隙并發(fā)生離析漿體現(xiàn)象，水中存在預(yù)應(yīng)力束，增加了銹蝕出現(xiàn)的幾率，預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重短缺。

在大跨度連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)中，對(duì)下?lián)蟻碇v，縱長束預(yù)應(yīng)力發(fā)揮了巨大作用，并隨著預(yù)應(yīng)力的增加而增大損失。高架橋利用三相預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，預(yù)應(yīng)力鋼束縱向有460束。在運(yùn)營橋梁中，相應(yīng)增加了縱向預(yù)應(yīng)力損失，逐步縮小混凝土承受的壓力，如此增加了橋梁跨中撓度?？v向預(yù)應(yīng)力操作張拉控制應(yīng)力為1251.6MPa。利用折減對(duì)撓度科學(xué)計(jì)算。通過計(jì)算了解到，不斷增加預(yù)應(yīng)力損失，相應(yīng)增大了邊跨和主跨撓度。當(dāng)折減縱向預(yù)應(yīng)力時(shí)，邊跨22#塊形成明顯下?lián)??？梢园l(fā)現(xiàn)，縱向預(yù)應(yīng)力損失一定程度影響了橋梁撓度[2]。

（三）環(huán)境溫度

調(diào)節(jié)溫度，通過模型對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋在不斷改變溫度情況下的撓度進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算可知，當(dāng)持續(xù)降低環(huán)境溫度時(shí)，邊跨撓度不會(huì)出現(xiàn)明顯改變，相應(yīng)增大了主跨撓度。當(dāng)降低溫度20℃時(shí)，0#塊邊跨形成明顯的下?lián)稀?/p>

溫度荷載對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋變形的影響包括常年溫差與日照溫差，通過模型的構(gòu)建，對(duì)溫度影響下?lián)锨闆r整體分析。

（四）混凝土收縮徐變

收縮是指混凝土內(nèi)部存在的水泥膠體游離水被迅速蒸發(fā)，從而縮小自身體積的現(xiàn)象。徐變是指在荷載不斷影響下，隨著時(shí)間的增加結(jié)構(gòu)變形也持續(xù)加大?；炷潦湛s與應(yīng)力沒有任何聯(lián)系，具體涉及自發(fā)、干燥和碳化收縮。自發(fā)收縮是水泥在水化反應(yīng)之前與水的體積明顯比反應(yīng)以后得到的混合物小，水分不會(huì)出現(xiàn)改變?；炷林校ㄗ杂伤c吸附水，當(dāng)自由水逐步喪失時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)收縮，當(dāng)煩躁問題加重吸附水消失時(shí)，容易發(fā)生收縮現(xiàn)象。不同的徐變和收縮，不會(huì)牽涉到構(gòu)件應(yīng)力，在不斷應(yīng)力影響下形成徐變。其中滲出理論、塑性流動(dòng)理論等都會(huì)牽涉到徐變問題[3]。

徐變?nèi)菀自黾咏Y(jié)構(gòu)變形程度，針對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)來講，贅余約束容易限制變形，隨著混凝土不斷延伸的徐變而改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力，容易重新分布結(jié)構(gòu)內(nèi)力。徐變的速度會(huì)伴隨時(shí)間而持續(xù)遞減，通常在5-20年之后出現(xiàn)極限徐變數(shù)值，但多數(shù)在1-2年之內(nèi)完成徐變。

經(jīng)過計(jì)算可知，由于不斷增加運(yùn)營時(shí)間，在1-2年之內(nèi)收縮和徐變較大程度影響主跨撓度。伴隨運(yùn)營時(shí)間的延長，相應(yīng)增大了主跨撓度，相應(yīng)減少了邊跨撓度。當(dāng)運(yùn)營橋梁10年以后，撓度最明顯的是19#塊到21#塊。結(jié)合計(jì)算主邊跨結(jié)果，隨著持續(xù)延長的運(yùn)營時(shí)間，通過收縮和徐變產(chǎn)生的變化也會(huì)逐步縮小，并表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性[4]。

梁體開裂以后，結(jié)構(gòu)應(yīng)力重新分布，相應(yīng)增加頂?shù)装宓膽?yīng)力差，而當(dāng)加大壓應(yīng)力時(shí)，除了彈性應(yīng)變及對(duì)應(yīng)徐變之外，相應(yīng)增加徐變系數(shù)。隨著不斷加劇的徐變也會(huì)增加預(yù)應(yīng)力損失，相繼引起的應(yīng)力分布反而加大徐變效應(yīng)。

因此，混凝土開裂與預(yù)應(yīng)力、收縮徐變之間形成十分強(qiáng)烈的耦合效應(yīng)。即混凝土開裂對(duì)斷面應(yīng)力狀態(tài)造成改變，從而影響內(nèi)力分布。徐變特點(diǎn)與預(yù)應(yīng)力也會(huì)改變影響結(jié)構(gòu)的情況，反之對(duì)結(jié)構(gòu)開裂造成干擾?；炷列熳兪湛s、預(yù)應(yīng)力損失和開裂三種因素交叉影響，彼此耦合，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)。

（五）自重變化

自重是造成梁橋長期變形的關(guān)鍵荷載，理論上分析，自重誤差不會(huì)形成較大范圍，但從實(shí)際情況分析，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋無法忽略自重問題。

自重的增加導(dǎo)致原來預(yù)應(yīng)力配置嚴(yán)重不足，相應(yīng)增加了長期變形。造成自重增加的原因有兩點(diǎn)，一是混凝土模板變形帶來的超重，二是不平整的橋面通過混凝土找平造成的意外超重。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)自重是影響下?lián)系年P(guān)鍵因素，結(jié)合施工情況，澆筑梁體時(shí)由于現(xiàn)澆段超重，可以對(duì)其影響下?lián)锨闆r分析。結(jié)合實(shí)橋材料、構(gòu)建模型，分別假設(shè)現(xiàn)澆混凝土超重并對(duì)其數(shù)值計(jì)算。對(duì)比下?lián)厦舾行裕?duì)影響情況科學(xué)分析。

橋面鋪裝厚度是增加恒載的關(guān)鍵因素，由于施工存在較大誤差，部分橋線形產(chǎn)生的差異會(huì)經(jīng)過橋面厚度調(diào)整而達(dá)到平順橋面的目的，這樣將會(huì)增加橋梁恒載進(jìn)一步影響下?lián)?。橋面鋪裝越厚，初期上拱量越小，后期下?lián)蠑?shù)值越大，不利于控制橋梁線形。把橋面鋪裝厚度轉(zhuǎn)換為重量，若出現(xiàn)超重，則需要根據(jù)超重考慮，對(duì)跨中撓度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

（六）內(nèi)支點(diǎn)負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力筋配置

在設(shè)計(jì)混凝土橋梁時(shí)僅根據(jù)上緣混凝土不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力控制彎矩預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量，未全面思考負(fù)彎矩應(yīng)力對(duì)控制徐變下?lián)系淖饔?。?fù)彎矩預(yù)應(yīng)力可以對(duì)撓度數(shù)值有效抵消。

通過分析預(yù)應(yīng)力沿截面高度分布情況可知，支點(diǎn)負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力不足會(huì)造成混凝土橋梁下?lián)稀Ｔ谒伎枷聯(lián)嫌绊懸蛩貢r(shí)應(yīng)整體考慮應(yīng)力筋配置，并緊密聯(lián)系實(shí)際情況。

（七）施工因素

1.合攏誤差對(duì)下?lián)系挠绊?/p>

當(dāng)前大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工一般都使用平衡懸臂澆筑方法，則會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)大懸臂合攏成橋的問題。若懸臂施工形成良好的線形控制，則在最終合攏時(shí)，兩個(gè)合攏口基本處在平順線形上，結(jié)合施工正常合攏可知：若兩個(gè)合攏口存在較大差異，則需要利用合理方法強(qiáng)制合攏，在較高一側(cè)箱梁上施加強(qiáng)制力，促使兩個(gè)合攏口得到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。分析說明合攏誤差影響結(jié)構(gòu)線形程度不大，關(guān)鍵是由于針對(duì)長期變形開展分析，強(qiáng)制合攏以后除去壓重相當(dāng)于增加了一個(gè)向上的力，因此撓度明顯小于正常合攏。但由于懸臂線形不平順，在鋪裝橋面過程中需要合理調(diào)整，特別是跨中部分，較厚的橋面鋪裝容易影響下?lián)?，需要給予全面考慮。

2.施工質(zhì)量

對(duì)于大跨徑橋梁下?lián)蟻碇v，施工質(zhì)量產(chǎn)生較大范圍的影響，連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)的下?lián)铣耸┕べ|(zhì)量為題之前，還有一部分無法預(yù)測的因素，比如追趕施工時(shí)間，技術(shù)人員考慮不全面，難以準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)下?lián)?，簡化處理預(yù)應(yīng)力，掛籃變形和溫度變化等。聯(lián)系鋼結(jié)構(gòu)橋梁一般都會(huì)產(chǎn)生較大撓度，除了施工因素之前，也存在設(shè)計(jì)原因，當(dāng)前很多橋梁設(shè)計(jì)的預(yù)拱度都不大，自然表現(xiàn)出撓度問題。

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，一定程度改善了交通問題，快速增加的交通量，不少橋梁的實(shí)際交通量明顯超出了設(shè)計(jì)量，很多超重和超載車輛行駛在橋梁上，導(dǎo)致不少橋梁運(yùn)行超負(fù)荷，長期如此，難以避免發(fā)生開裂現(xiàn)象，進(jìn)一步降低了梁體截面剛度，造成跨下?lián)稀Ｒ虼嗽诠芾磉\(yùn)營過程中，對(duì)超速和超載車輛定期檢測，并形成對(duì)應(yīng)方案，緊密關(guān)注橋梁的應(yīng)用狀況。

四、結(jié)束語

本文經(jīng)過科學(xué)分析影響在役大跨徑橋梁下?lián)系囊蛩?，從而把握其敏感性，其中，不斷降低的結(jié)構(gòu)剛度、預(yù)應(yīng)力損失以及環(huán)境溫度和徐變等都會(huì)影響下?lián)?，發(fā)揮決定性作用的是結(jié)構(gòu)剛度，只有對(duì)這部分因素有效把握，才可以提升橋梁運(yùn)營水平，保證建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬誠，陳惟珍.PC橋梁預(yù)應(yīng)力和徐變耦合時(shí)變效應(yīng)的數(shù)值模擬[J].橋梁建設(shè)，2016（3）：77-82.

[2]劉文華，鄢芳華.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的地震響應(yīng)分析[J].公路，2017（2）： 107-110.

[3]解文成，李子特，徐艷昭.混凝土徐變對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋長期下?lián)系挠绊懷芯縖J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（1）：4-7.

[4]熊英.連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)嫌绊懸蛩胤治黾胺乐未胧┭芯縖J].公路交通科技，2016（8）：262-264.

（作者單位：中交第二公路工程局有限公司）

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