某曲線連續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，其上部結構采用3×36 m預應力混凝土連續箱梁，橋墩采用花瓶形方柱墩配樁基礎，橋臺采用樁柱式橋臺。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，設置預偏心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，出現邊墩曲線內側支座上、下鋼板分離，支座脫空現象，曲線外側支座也因為受壓過大已經有所變形;中墩處單支座由于梁體翻轉產生不均勻變形。

2 支座脫空成因分析

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

通過采用大型空間程序邁達斯2006(Midas/Civil 2006)對本聯橋計算分析得出在預應力次內力作用下箱梁扭矩較大，直接導致過渡墩處曲線內側支座脫空。在自重及預應力作用下各支座反力見表1。

表1 自重及預應力作用下各支座反力 kN

通過理論分析與結構計算，筆者認為本聯橋支座脫空主要原因有以下兩點:

1)本聯橋位于曲線范圍，預應力次內力產生的箱梁扭矩較大，雖然兩中間墩均設置了0.2 m預偏心，但由于中間橋墩的獨柱單點支承方式不能有效地抵抗上部結構的扭矩，而只能由曲線梁橋的兩端設置的雙支座來承擔，在此情況下，連續梁橋的受扭跨度大大增長，直接等于連續梁的全長而不是單孔長度，導致連續梁的兩端支承處產生過大的扭矩。

2)上構箱梁為了美觀，設計為斜腹板，底板寬度只有3 m，致使連續梁兩端支座橫向間距偏小，從而成為導致本聯橋支座脫空的另一個主要原因。

3 解決方案擬定

從前面的分析可知，若要克服由預應力次內力產生的扭矩，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渡墩支座橫向間距。結合本聯橋實際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，支座間距設置為1.8 m。

2)將C3號及C6號過渡墩上支座的支承間距由1.8 m調整為2.0 m。

4 結構分析

4.1 計算模型

為了確保施工及運營階段結構安全可靠，對擬定的方案采用邁達斯2006進行結構分析，全橋計算共劃分128個空間梁單元。

4.2 計算參數及結果

1)主梁C50混凝土容重按26 kN/m3計，二期恒載(橋面鋪裝及護欄)按40 kN/m考慮。2)汽車荷載:公路Ⅰ級，偏向曲線外側布載，單向行駛。3)基礎不均勻沉降: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℃;箱梁日照負溫差:T1=-7℃，T2=-2.75℃。5)離心力系數:C=0.07。

經過計算，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，嚴格控制施工程序，可以很好地解決目前支座脫空問題。

5 施工步驟

頂升梁體共分為三個大的步驟:1)將發生翻轉的梁體頂推還原到設計位置。2)將上構箱梁進行整體頂升，移除原有支座后安裝新設置的支座。3)落梁。施工流程如圖1所示。

6 結語

在曲線梁橋結構設計中，應對其進行全面整體的空間受力計算分析，只采用橫向分布等簡化計算方法，不能滿足設計要求。必須對其在承受縱向彎曲、扭轉和翹曲作用下，結合自重、預應力和汽車活載等荷載進行詳細的受力分析，充分考慮其結構的空間受力特點才能得到安全可靠的結構設計。

[1] 邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京:人民交通出版社，1996.

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