預應力混凝土連續剛構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灣大橋跨中撓度的調查，借助于橋梁博士建立全橋結構分析模型，分析混凝土收縮徐變、箱梁的剛度、預應力大小、單元初次加載齡期等對連續鋼構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格控制箱梁裂縫的開展，以防止箱梁剛度降低使跨中下撓幅度過大；單元初次加載齡期、預拱度設置偏差和施工誤差、超載等因素都會引起跨中撓度的增大，但影響較小。

【關鍵詞】連續剛構橋；跨中撓度；影響因素

近年來許多大跨度的連續剛構（連續梁）橋在運營過程中出現了較多的工程病害，嚴重影響到了結構的安全。其中，主跨跨中的下撓已成了一種普遍的現象。

對于橋梁而言，在設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，預應力大小，單元初次加載齡期，預拱度設置偏差及施工誤差、超載等因素。

1 哈達灣大橋工程概況

本文以吉林至沈陽高速公路哈達灣大橋為研究對象。橋梁上部為49m+98m+49m的三跨連續剛構，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構，為雙向預應力結構，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建立全橋結構分析模型，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

根據已建成通車的同等規模橋的有關資料，認為由于混凝土徐變所引起橋面下撓可達6～10cm，然而通常病害橋梁跨中下撓達到22cm，所以跨中下撓現象的發生，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為213×10-5m，只考慮收縮效應為-522×10-5m，只考慮了徐變效應為948×10-5m，考慮收縮徐變效應為426×10-5m，累積效應為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%，可見收縮徐變效應不容忽視。

由以上分析看出，3年后收縮徐變效應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%。分析計算結果與實際橋梁中出現的情況是吻合的。

3.2 預應力大小對跨中撓度的影響

為了研究縱向預應力大小對跨中短期撓度和長期撓度的影響，假設頂板預應力和跨中底板預應力分別減小20%和30%。預應力減小20%和30%的模擬方法是取張拉控制應力分別是原設計0.8倍和0.7倍，即假設張拉控制應力分別取為0.8×0.75×1860Mpa=1116Mpa和0.7×0.75×1860Mpa=976.5Mpa，計算結果當跨中底板預應力減小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%。當頂板預應力減小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，跨中底板和頂板預應力大小對跨中撓度均有較大影響，頂板預應力大小對跨中下撓值的影響更大一些，而底板預應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撓的效率最高，可通過增加底板束來控制跨中下撓。

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

3.3 箱梁剛度對跨中撓度的影響

通常跨中下撓與箱梁底板開裂、腹板出現斜裂縫是并存的，而且二者是相互影響、相互加劇的。跨中下撓使箱梁底板受拉，引起底板開裂箱梁底板開裂、腹板出現斜裂縫使結構的剛度降低，進一步加劇了跨中下撓。為了研究箱梁底板開裂、腹板出現斜裂縫引起結構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構剛度的降低。現假設跨中附近兩側箱梁出現較多裂縫，分別考慮這些節段的剛度降低20%，30%，50%，彈性模量分別取原設計的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撓值均有一定程度的影響，當剛度降低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%，三年徐變后跨中下撓值增加3.14%，成橋時上拱程度大于三年徐變后下撓程度；當剛度降低50%，成橋時跨中上拱值增加35.4%，三年徐變后跨中下撓值增加32.18%，成橋時上拱程度大于三年徐變后下撓程度。

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撓值的影響程度。

4 結語

通過對新建哈達灣大橋建立全橋模型進行總體分析，主要結論如下：

（1）混凝土收縮徐變對連續鋼構橋跨中撓度影響非常之大，10年間跨中出現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年中發生，而3年后收縮徐變效應引起的撓度值趨于平緩。

（2）跨中底板和頂板預應力大小對跨中撓度均有較大影響，頂板預應力大小對跨中下撓值的影響更大一些，而底板預應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撓值均有一定程度的影響，對上拱值的影響程度要大于對下撓值的影響程度，所以在施工和運營過程中一定要嚴格控制箱梁裂縫的開展，以防止箱梁剛度降低使跨中下撓幅度過大。

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[責任編輯：楊玉潔]