小邊中跨比連續剛構橋技術研究

張文馳

（湖南湘江新區管理委員會，湖南 長沙 410000）

1 項目概況

某景觀橋右偏角75°，為（20+42+20）m三跨變截面連續剛構，梁底縱橋向曲線按圓弧線變化；橋梁總寬度45m，分兩幅設計，北半幅寬度21m，南半幅寬度為24m；橋臺采用柱式橋臺，橋墩采用實體墩，呈扇形。本橋平面位于直線段上，墩臺等角度布置。橋梁施工方法為滿堂支架澆筑，圖1。

圖1 橋型圖

項目特點：a.本橋邊中跨比常規連續剛構小得多，僅0.47；b.受景觀造型、地形控制，橋梁墩高很矮，承臺頂至橋面僅8m；c.橋梁斜交布置，斜交角15°；d.設計方已經考慮到橋梁后期端部支座會有負拉力，設置了拉壓支座 抗拉承載能力50t，一端6個支座，合計300t負反力）和配重（100t）；e.地質情況好，承臺以下即為強風化巖，單軸飽和抗壓強度frk=3.5 MPa。

現場情況：橋梁在混凝土達到強度，白天張拉預應力后（30℃張拉），晚上降溫后梁端所有拉壓支座均已拉斷，翹起2cm左右。另一幅橋張拉完畢后，出現同樣情況。

2 梁端翹起原因分析

本次計算采用Midas2019軟件進行，圖2。

圖2 計算模型

2.1 邊界條件

（1）樁基：樁側土彈簧模擬，樁端固結；強風化巖按frk=3.5MPa，強風化側向抗力CO=1831250KN/m3，中風化frk=15MPa，側向抗力CO=8875000KN/m3。本橋中墩表層沒有軟土層，均為風化巖，其中頂層強風化巖厚度為4m左右，以下均為強風化碎裂巖及中風化巖。強風化層彈簧水平剛度取K1=4120312.5 KN/m，中風化層彈簧水平剛度取K2=19968750KN/m。2）承臺-樁基：主從連接。（3）中墩頂-橋墩：剛性連接。（4）邊支座與梁：主從連接+彈性連接。（5）滿堂支架：彈性連接（僅受壓）。

本橋斜交15°，按照規范≤15°時，按正交計算。

2.2 施工階段模擬

結構計算主要模擬了以下幾個階段：（1）澆筑樁基、橋墩，60天；（2）滿堂支架澆筑箱梁，施工人行道二期恒載、施加配重，30天；（3）張拉預應力，5天；（4）拆除支架并激活邊跨支座5天；（5）施工二期恒載（主要是橋面澆筑）；（6）收縮徐變10年。

2.3 觀測數據及翹起原因分析

南半幅橋張拉完畢，發生翹起后，施工方連續對早晚溫差進行了觀測，詳細觀測數據如表1。

表1 南半幅位移觀測表

考慮7.30 ～8.3 日氣溫比較接近，最低、最高氣溫約為26℃、35℃，早晚溫差約9°，觀測時基本為全年早晚溫差最高的季節。根據經驗，氣溫最高一般發生在下午2點左右，由于混凝土吸收熱量有延時，可基本認為在3～5點左右整體達到最高溫度，現場測量橋面此時溫度約為45℃。故根據現場情況，考慮箱梁最低、最高溫度按26℃、35℃，頂板最高溫度為45℃，整體溫度差按10℃考慮，溫度梯度差按7℃考慮（頂板升溫7℃）。

整體降溫10℃時，計算顯示現狀橋梁在梁端翹起值為3.2 mm。梯度降溫10℃時，計算顯示現狀橋梁在梁端翹起值為5.0 mm。分析顯示，在箱梁頂板降溫10℃+溫度系統降溫10℃時，梁端總的位移變化量為3.2 +5.0 =8.2 mm，與南半幅東側的位移量基本一致。根據測量，南半幅西側豎向位移量比東側小很多，橋梁梁端位移不均衡，設計分析應是南半幅西側的承臺嵌固效應較東側大得多 與現場施工有關），西側橋臺類似承臺底部固結，導致西側豎向變形較少。

初步分析有以下因素能引起梁端反力減少并引發結構上翹：整理降溫、梯度降溫、砼分批澆筑齡期差距、滿堂支架剛度不連續、預應力張拉、收縮徐變等，量化分析見表2。

表2 單項荷載對梁端支反力上翹貢獻

2.4 主要結論

考慮施工期間的所有最不利狀態，在張拉預應力并滿堂支架拆除后，端部每個支座的壓力值為F1=11t。

考慮施工期間溫度因素、混凝土齡期引起的收縮、支架彈性支撐不連續幾個因素在端部每個支座引起的上翹力：F2=-(12.8 +12.3 +2.8 +2)=-30.9 t＞F1，計算顯示，在張拉完預應力后，考慮降溫等荷載時梁端支座負支反力 約20t）。后經詳細分析，雖設計文件中要求每個支座有50t的抗拉力，現場實際測量后其抗拉能力不到20t，支座螺栓拉斷，梁端上翹，與施工現場基本一致。

3 處理方案

針對以上分析結論，橋梁進行了以下處理：

3.1 鑿除中墩靠河一側樁頭強風化巖1m，鑿松0.5 m，釋放樁基變形，減少橋墩整體剛度。

3.2 對翹起的梁端進行頂升，每幅橋每端總頂力：右幅210t，左幅192t，頂升位移均為0.8 cm。

3.3 取消原設計伸縮縫，延長梁端配重3m，將配重與臺后搭板做到一起。

4 結論與建議

矮墩連續剛構橋對溫度特別敏感，設計時應采取多種手段減少溫度、收縮徐變等對結構的影響，主要包含以下方面：（1）墩身剛度不宜過大，設置跨中后澆帶和頂推后合攏，以改善墩身的受力；（2）連續剛構施工溫度不宜太高，以20℃以內合攏較好；（3）對于小邊中跨比的連續剛構，應考慮施工階段溫度荷載對結構的影響；（4）梁端發生翹起，對結構進行頂升時，要優化頂升力，以求結構的內力狀態最優；（5）盡量不采用小邊中跨比的連續剛構，特別在地質條件較好的情況下，實在要采用，可以將搭板與主體結構合并設計，以改善支座受力；（6）勘察方提供的巖土力學參數往往打了較多折扣，設計方對于類似結構一定要與勘察充分溝通，把握好巖土力學真實情況，矮墩剛構橋“怕硬不怕軟”，錯誤的估計側向抗力往往導致嚴重的后果；（7）此類型的結構需有較大的設計冗余，特別是支座支反力、橋墩結構、配重、拉壓支座處。