連續(xù)剛構(gòu)橋施工中腹板開裂數(shù)值分析

□文/周 奧 王洪龍

1 工程概況

某高速公路上的一座特大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋橋跨布置為118 m+210 m+118 m，見圖1。

圖1 橋梁立面

1）結(jié)構(gòu)尺寸。主橋上部采用單箱單室直腹板的箱型截面，頂板寬13.75 m，底板度8 m，支點梁高13 m，跨中梁高4.8 m。

2）材料特性。連續(xù)剛構(gòu)橋的上部梁體采用C55混凝土；雙薄壁墩的混凝土強度等級為C40，承臺和樁基的混凝土強度等級為C30；橋面鋪裝層采用10 cm厚的瀝青混凝土。

3）預(yù)應(yīng)力體系。箱梁結(jié)構(gòu)采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系，其中縱向預(yù)應(yīng)力筋有三種，分別為頂板縱向、腹板縱向以及底板縱向預(yù)應(yīng)力筋。

主跨采用分段平衡懸臂澆筑法施工。由于施工過程中箱梁產(chǎn)生裂縫，為檢測施工質(zhì)量，確保工程的可靠性，建立計算模型分析施工中箱梁開裂的原因。此時橋跨左右兩幅的施工進度為，左幅共澆筑22個節(jié)段，右幅共澆筑8個節(jié)段。

2 現(xiàn)場檢測

橋梁主要病害為施工中各節(jié)段箱梁梁體腹板開裂。受條件限制，各節(jié)段腹板外側(cè)無法檢測，腹板內(nèi)側(cè)混凝土裂縫的檢測結(jié)果見表1-表4。

由表1-表4可以看出，兩幅橋的所有已施工完成節(jié)段腹板內(nèi)側(cè)共發(fā)現(xiàn)裂縫58條，主要以水平裂縫和斜向裂縫為主，見表5。

表1 左幅1#墩各節(jié)段內(nèi)側(cè)腹板裂縫

表2 左幅2#墩各節(jié)段內(nèi)側(cè)腹板裂縫

表3 右幅1#墩各節(jié)段內(nèi)側(cè)腹板裂縫

表4 右幅2#墩各節(jié)段內(nèi)側(cè)腹板裂縫

表5 各節(jié)段內(nèi)側(cè)腹板裂縫匯總

裂縫的位置具有一定規(guī)律，主要位于節(jié)段的腹板內(nèi)側(cè)面中下部。已施工6個節(jié)段的左幅1#墩的裂縫情況要好于已施工5個節(jié)段的左副2#墩，而已施工2個節(jié)段的右幅1#、2#墩的裂縫情況相比最嚴(yán)重。這是因為：剛開始施工時，結(jié)構(gòu)受預(yù)應(yīng)力、溫度以及混凝土收縮徐變等因素的共同影響，腹板區(qū)域受力極其復(fù)雜，出現(xiàn)較大的主拉應(yīng)力，超過了混凝土當(dāng)時的抗拉強度而開裂；但隨著已完成的施工節(jié)段增多，結(jié)構(gòu)的預(yù)壓應(yīng)力隨之增加，這些區(qū)域之前產(chǎn)生較大的腹板拉應(yīng)力值不斷減小。

3 平面應(yīng)力分析及驗算

為更進一步分析連續(xù)剛構(gòu)橋施工中箱梁腹板開裂的原因，建立橋博平面桿系模型對已施工完成的節(jié)段進行平面應(yīng)力的分析及驗算。

采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件Doctor Bridge程序建立平面模型進行計算分析。建模時根據(jù)實際施工進度劃分相應(yīng)階段來模擬結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，見表6。

表6 施工階段

橋梁按照T構(gòu)建立模型，主要考慮縱向和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用，橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋不做考慮，T構(gòu)兩端對稱，0#、1#施工塊按照截面變化分別劃分為8個單元和2個單元，2#～6#施工塊各劃分為1個單元。見圖2。

圖2 T構(gòu)計算模型

由于4個T構(gòu)的施工進度為：左幅1#墩完成上部結(jié)構(gòu)6#節(jié)段施工，左幅2#墩完成了上部結(jié)構(gòu)5#節(jié)段施工，右幅1#、2#墩完成了上部結(jié)構(gòu)2#節(jié)段施工。因此，在進行平面應(yīng)力分析時選取0#、1#節(jié)段的各單元為控制截面，分析其在承載能力極限狀態(tài)下各施工階段中的應(yīng)力情況。見圖3。

圖3 0#、1#塊在各施工階段的最大拉壓應(yīng)力

在施工過程中，0#、1#節(jié)段下緣在2#～6#節(jié)段施工過程中存在拉應(yīng)力，其中最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在第15施工階段張拉5#節(jié)段鋼筋施工段，為-0.56 MPa，絕對值＜0.7=0.7×2.74=1.9（8MPa）且此時截面配筋率＞0.2%；最大主壓應(yīng)力也出現(xiàn)在第15施工階段張拉5#節(jié)段鋼筋施工段，為5.17 MPa，最大主拉、壓應(yīng)力都滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

從現(xiàn)場檢測結(jié)果及計算結(jié)果分析可以看出：0#、1#塊控制截面盡管在施工階段中出現(xiàn)了拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力限值滿足規(guī)范的要求，對現(xiàn)施工階段結(jié)構(gòu)安全沒有影響，但對結(jié)構(gòu)長期的耐久性有一定影響。