惠濟河大橋冬歇期位移及應力分析

魏 鑫

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

惠濟河大橋由于受施工計劃安排及面臨實際氣候狀況（嚴寒天氣，冬季施工難度大且質量難以保證）影響，大橋在施工過程中不能完成合攏，只能進入冬歇期停止施工，待來年氣溫條件允許才恢復箱梁的懸臂施工。預應力混凝土連續(xù)剛構橋是橋墩固結的多次超靜定結構，在冬歇期中受梁體自重、混凝土收縮徐變、溫差、風荷載、雪荷載等因素的影響，梁體會產生位移，造成主梁下?lián)霞皯Πl(fā)生變化[1]。主梁下?lián)线^大會給橋梁帶來安全隱患，給來年合攏帶來諸多困難，為此在冬歇期對主梁撓度、主梁應力、橋墩應力、橋墩沉降的監(jiān)測非常重要，通過監(jiān)測可以較好地掌握位移及應力的變化情況，預判橋梁的安全性，為來年橋梁預拱度的調整積累數(shù)據(jù)，使橋梁合攏精度滿足設計和規(guī)范的要求，橋梁線形滿足設計線形。

1 工程概況

惠濟河大橋全長492 m，分左右兩幅，單幅橋面寬：11 m（行車道）+2×0.5 m（ 防撞護欄）。 主橋上部結構為（55+3×95+55）m懸臂澆筑法施工的預應力混凝土剛構；引橋上部結構為3×30 m先簡支后連續(xù)裝配式預應力混凝土箱梁[2]。下部采用薄壁墩、樁柱式墩，橋臺采用輕型橋臺、柱式臺，基礎分別采用灌注樁基礎和擴大基礎。橋梁總體布置如圖1所示。

圖1 惠濟河大橋總體布置示意圖（單位：cm）

懸臂施工的大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋在大懸臂過冬期間，偏載、風荷載、雪荷載對其安全及穩(wěn)定性影響較大，大橋在長懸臂冬歇期內容易出現(xiàn)諸多問題，如：主梁混凝土收縮徐變產生的不確定性變形，導致橋梁線形偏離原有控制狀態(tài)，改變橋梁原有受力狀態(tài)，使后期線形控制難度加大，最終可能使合攏后橋梁的受力狀態(tài)發(fā)生變化；橋梁裸露混凝土產生凍傷害導致結構強度降低，受凍混凝土在氣溫回升后還會造成混凝土凍融破壞，使主梁產生結構性裂縫等病害；主梁在風雪等惡劣天氣作用下出現(xiàn)撓度過大、扭轉等較大變形；主梁及主墩應力過大，導致主梁、橋墩出現(xiàn)裂縫等病害；橋墩在大風天氣影響下，出現(xiàn)不均勻的較大沉降等[3-4]。

惠濟河大橋在冬歇期中最短懸臂塊為右幅2號墩6號塊，懸臂長度為26.5 m，最長懸臂塊為左幅4號墩9號塊，懸臂長度為38.5 m。大橋所在地冬季寒冷、風力較大、降雪量大，橋梁懸臂長度大，給橋梁過冬帶來安全隱患。根據(jù)冬歇期監(jiān)控方案，冬歇期為4.5個月，在冬歇期內對全橋位移及應力進行了4次觀測，分別為冬歇期1（2010年11月18日），冬歇期2（2010年12月11日），冬歇期3（2011年1月7日），冬歇期 4（2011年 2月 18日）。

2 主梁撓度監(jiān)測

2.1 主梁撓度測點布置

在每個“T”構每個節(jié)段懸臂端以箱梁中線為基準對稱布置2個撓度測點，主梁撓度布置如圖2所示。

圖2 主梁撓度測點平面布置圖

2.2 主梁撓度監(jiān)測結果

表1 右幅2號墩主梁累計變形匯總表 mm

表2 左幅4號墩主梁累計變形匯總表 mm

圖3 右幅2號墩主梁累計變形值對比圖

圖4 左幅4號墩主梁累計變形值對比圖

通過表1、表2和圖3、圖4可以看出：

a）冬歇期2與冬歇期1相比較，右幅2號墩、左幅4號墩主梁出現(xiàn)上撓，且越靠近懸臂端部上撓越大，其中右幅2號墩大里程測最大上撓值為2.83 mm，小里程測最大上撓值為4.72 mm；左幅4號墩大里程測最大上撓值為6.85 mm，小里程測最大上撓值為3.55 mm。懸臂長度越長上撓值越大，分析原因為此階段預應力效應對梁體的影響較大，使梁體產生上撓。

b）冬歇期3與冬歇期2相比較，右幅2號墩大里程測出現(xiàn)上撓、小里程測出現(xiàn)下?lián)希畲笊蠐现禐?.55 mm，最大下?lián)现禐?.55 mm；左幅4號墩大里程測出現(xiàn)下?lián)稀⑿±锍虦y出現(xiàn)上撓，最大上撓值為6.15 mm，最大下?lián)现禐?.50 mm；分析原因為冬歇期3處于當?shù)刈詈涞臅r候，氣溫較低，且降雪量大，此時由于溫度效應、風荷載、雪荷載等影響因素的疊加導致梁體出現(xiàn)上撓和下?lián)犀F(xiàn)象。

c）冬歇期4與冬歇期3相比較，右幅2號墩、左幅4號墩主梁出現(xiàn)下?lián)希渲杏曳?號墩大里程測最大下?lián)现禐?.43 mm，小里程測最大下?lián)现禐?.17 mm；左幅4號墩大里程測最大下?lián)现禐?1.4 mm，小里程測最大下?lián)现禐?.65 mm。分析原因為此階段預應力效應對梁體的影響在逐步減弱，隨著氣溫的回升、日照時間的加長使主梁出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

d）冬歇期4與冬歇期1相比較，右幅2號墩、左幅4號墩大里程測主梁出現(xiàn)下?lián)希蠓?號墩小里程測主梁出現(xiàn)上撓，其中右幅2號墩大里程測最大下?lián)现禐?.05 mm，小里程測最大下?lián)现禐?.90 mm；左幅4號墩大里程測最大下?lián)现禐?.05 mm，小里程測最大上撓值為1.05 mm。在冬歇期內右幅2號墩、左幅4號墩主梁以下?lián)蠟橹鳎畲笙聯(lián)现禐?.05 mm，下?lián)现递^小，橋梁結構安全可控。

3 主梁應力監(jiān)測

3.1 主梁應力測點布置

全橋主梁共布設6個應力測試斷面，每個斷面布設6個應力測試點，其中頂板底板各3個，主梁應力測試斷面如圖5所示。

圖5 主梁應力測點布置圖

3.2 主梁應力監(jiān)測結果

表3 主梁各斷面累計應力匯總表 MPa

通過表3可以看出：

在整個冬歇期內主梁各斷面累計應力變化值都比較小，最大變化值為0.56 MPa，橋梁結構安全可控。

4 橋墩應力監(jiān)測

對已布設的2號墩和3號墩的墩底應力斷面進行監(jiān)測。

實測結果表明，兩墩墩底各測點實測應力全部為壓應力，在此時間段內變化值較小，表明2號和3號墩受力處在安全范圍內。冬歇期結束后2號和3號橋墩的根部墩身累計應力變化值2號墩為0.35 MPa，3號墩為0.51 MPa，處于安全范圍內。

5 橋墩沉降監(jiān)測

對已布設的2號和3號橋墩承臺沉降觀測點進行監(jiān)測。沉降觀測點如圖6所示。

圖6 橋墩沉降觀測點

對2號和3號橋墩沉降進行監(jiān)測。實測結果表明，兩墩沉降數(shù)值較小，墩身沉降累計最大沉降變化值為-0.4 mm，變形可控，處于安全范圍內。

6 結語

a）通過對惠濟河大橋在冬歇期內主梁撓度、主梁應力、橋墩應力、橋墩沉降監(jiān)測，可以及時掌握橋梁在冬歇期內的變形情況，評估橋梁在冬歇期內的安全性，為類似橋梁施工監(jiān)控提供寶貴經驗，同時也驗證了惠濟河大橋冬歇期監(jiān)測方案的科學性和可行性。

b）惠濟河大橋在冬歇期早期預應力效應對梁體的影響較大，使梁體產生上撓效應，懸臂長度越長上撓值越大。中期由于溫度效應、風荷載、雪荷載等影響因素的疊加導致梁體出現(xiàn)上撓和下?lián)犀F(xiàn)象。后期預應力效應對梁體的影響在逐步減弱，隨著氣溫的回升、日照時間的加長使主梁出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

c）在整個冬歇期內主梁撓度、主梁應力、橋墩應力、橋墩沉降變化值都比較小，橋梁結構安全可控。