施工超方對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的影響研究

韓 冰

(中交三公局第二工程有限公司，北京 100023)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)具有悠久的歷史，在我國(guó)起步較晚，但是發(fā)展迅速。自從20世紀(jì)80年代成功修建廣東洛溪大橋以來(lái)，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋建設(shè)得到了很快的發(fā)展。國(guó)內(nèi)已建成的重慶石板坡長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋、虎門(mén)大橋輔航道橋和蘇通長(zhǎng)江大橋輔航道橋跨徑分別達(dá)330 m，270 m和268 m。我國(guó)修建的該類橋型，不論從跨徑還是從數(shù)量上都居世界前列。

目前國(guó)內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)的開(kāi)裂、下?lián)弦约俺休d能力不足等問(wèn)題已經(jīng)普遍引起了工程界的注意，已經(jīng)有不少的研究人士對(duì)這問(wèn)題進(jìn)行了探討，但是還就某些問(wèn)題仍然沒(méi)有一致的結(jié)論，然而超方問(wèn)題對(duì)連續(xù)剛構(gòu)各種病害有明顯的影響，為了分析超方對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)的影響，本文采用有限元程序建立泓農(nóng)澗河特大橋主橋連續(xù)剛構(gòu)模型，主要目的是分析不同程度超方對(duì)于橋梁的影響，為橋梁施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 超方原因

預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)施工中，箱梁底板和頂板在施工中沒(méi)有上模，在缺少施工監(jiān)控工作的情況下，為保持由若干節(jié)段組成的箱梁頂面順暢，容易導(dǎo)致底板及頂板超方。施工中模板尺寸一般以設(shè)計(jì)尺寸控制，當(dāng)現(xiàn)澆箱梁后箱梁自重會(huì)對(duì)模板產(chǎn)生作用力，導(dǎo)致模板變形，最終引起結(jié)構(gòu)超方。腹板超方主要是由于模板剛度不足，引起跑?，F(xiàn)象;相應(yīng)地可能產(chǎn)生腹板混凝土保護(hù)層厚度增加。腹板模板一般采用拉桿控制腹板內(nèi)外模板，但是如果模板自身剛度不足則可能引起遠(yuǎn)離拉桿處的模板局部變形，使得現(xiàn)澆腹板呈現(xiàn)波浪形，引起腹板超方。橋面鋪裝超方主要原因是調(diào)平層超方，如果施工橋梁頂板平整度沒(méi)有得到很好的控制，則必然需要更厚的調(diào)平層才能達(dá)到調(diào)平目的，導(dǎo)致橋面鋪裝超方。某大橋橋面鋪裝設(shè)計(jì)為8 cm水泥混凝土，后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大部分橋面調(diào)平層超厚8 cm左右，即超厚了1倍，對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形有明顯的影響。

2 實(shí)橋基本資料

2.1 實(shí)橋概況

弘農(nóng)澗河特大橋主橋?yàn)槿T(mén)峽至靈寶快速干道上采用懸臂澆筑施工法修建的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為82 m+3×150 m+82 m，全長(zhǎng)614 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁形式，橋?qū)?×19.45 m，橫橋向布置:2×(3 m人行道+0.5 m右側(cè)路緣帶+4×3.75 m行車道+0.5 m左側(cè)路緣帶+1/2中央分隔帶)=39 m。箱梁為單箱單室截面，箱梁頂寬19.45 m，底寬9.15 m，懸臂長(zhǎng)5.15 m，墩頂處梁高10 m，梁端及跨中梁高3.5 m，箱梁梁高按照1.6次拋物線變化。腹板厚從跨中至根部采用0.6，0.8，1.0 分 3 段漸變。從跨中至梁端根部底板厚為0.32 m～0.9 m，按照1.6次拋物線漸變，主梁橫斷面如圖1所示。在0號(hào)塊、跨中合龍段和箱梁端部設(shè)置橫隔板。

圖1 主梁橫斷面構(gòu)造圖

2.2 施工階段劃分

1)施工階段計(jì)算原理。選擇合理計(jì)算圖式是準(zhǔn)確分析線形的基礎(chǔ)。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段i施工過(guò)程中，采用:掛籃前移，模板定位;綁扎鋼筋、澆筑混凝土、養(yǎng)生;張拉預(yù)應(yīng)力、壓漿3個(gè)工況模擬。在澆筑梁段i混凝土階段就激活梁段i單元，自然也就計(jì)入了梁段i混凝土濕重對(duì)梁段i前端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的撓度。但需要正確處理自重的加載時(shí)間及混凝土的養(yǎng)護(hù)、加載齡期，使之與實(shí)際施工一致。

2)施工階段劃分。本橋采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工法，0號(hào)塊長(zhǎng)12m，箱梁?jiǎn)巍癟”澆筑劃分為19對(duì)梁段，從根部至跨中箱梁縱向分段長(zhǎng)度為:2 m+6×3.0 m+12×4.0 m，邊跨、次邊跨及跨中合龍段長(zhǎng)度均為2.0 m。懸澆梁最大重量為285.3 t，掛籃自重按100 t考慮。

2.3 計(jì)算參數(shù)

弘農(nóng)澗河特大橋主橋采用C60混凝土，主橋箱梁0號(hào)塊、封錨混凝土采用C60聚酯纖維混凝土，橋面鋪裝采用4 cm厚中粒式瀝青混凝土+6 cm厚粗粒式瀝青混凝土+環(huán)氧瀝青防水層+8 cm C50水泥混凝土調(diào)平層。箱梁設(shè)縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束分為頂板束、腹板下彎束、底板束和底板備用束?？v向、橫向、豎向鋼束均采用 Фs15.2鋼絞線。豎向預(yù)應(yīng)力在16號(hào) ～22號(hào)，16′號(hào)～20′號(hào)梁段內(nèi)采用15-2鋼絞線束，其余梁段均采用15-3鋼絞線束。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力在每側(cè)腹板內(nèi)按雙排布置。

3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

本文考慮連續(xù)剛構(gòu)施工中現(xiàn)澆箱梁超方5%，10%和15%三種情況，并在現(xiàn)澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%。

3.1 對(duì)成橋撓度的影響

現(xiàn)澆箱梁超方5%，10%和15%情況下成橋撓度對(duì)比見(jiàn)表1，現(xiàn)澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下成橋撓度對(duì)比見(jiàn)表2，由表1和表2可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對(duì)連續(xù)剛構(gòu)成橋跨中撓度均有明顯的影響，使得成橋撓度大于設(shè)計(jì)狀態(tài)，對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生不利影響。

表1 箱梁超方成橋變形對(duì)比 mm

表2 橋面鋪裝超方成橋撓度對(duì)比 mm

3.2 對(duì)長(zhǎng)期撓度的影響

現(xiàn)澆箱梁超方5%，10%和15%情況下長(zhǎng)期撓度對(duì)比見(jiàn)表3，現(xiàn)澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下長(zhǎng)期撓度對(duì)比見(jiàn)表4，由表3和表4可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對(duì)連續(xù)剛構(gòu)長(zhǎng)期撓度均有影響，下?lián)线^(guò)大會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，而開(kāi)裂又加大下?lián)希呋ハ嘤绊?，形成惡性循環(huán)。

表3 箱梁超方長(zhǎng)期變形對(duì)比 mm

3.3 對(duì)應(yīng)力的影響

現(xiàn)澆箱梁超方5%，10%和15%情況下成橋應(yīng)力對(duì)比見(jiàn)表5，表6，現(xiàn)澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下成橋應(yīng)力對(duì)比見(jiàn)表7，表8，由表5～表8可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對(duì)連續(xù)剛構(gòu)成橋應(yīng)力有不利影響，尤其對(duì)于過(guò)大的自重可引起主梁的拉應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

表4 橋面鋪裝超方成橋撓度對(duì)比 mm

表5 成橋頂板應(yīng)力(一)

表6 成橋底板應(yīng)力(一)

表7 成橋頂板應(yīng)力(二)

表8 成橋底板應(yīng)力(二)

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)采用懸臂澆筑的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)，按照不同程度的超方程度分別進(jìn)行計(jì)算及對(duì)比分析，得出如下結(jié)論:

1)結(jié)構(gòu)超方是連續(xù)剛構(gòu)橋施工中普遍存在的現(xiàn)象，產(chǎn)生這一現(xiàn)象主要原因有:模板剛度不足、頂?shù)装鍥](méi)有模板和橋面鋪裝調(diào)平層偏高三個(gè)方面。

2)結(jié)構(gòu)超方對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)成橋撓度和長(zhǎng)期撓度有明顯的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大，可能引起跨中下?lián)虾烷_(kāi)裂現(xiàn)象，二者互相影響，形成惡性循環(huán)。

3)結(jié)構(gòu)超方對(duì)連續(xù)剛構(gòu)應(yīng)力有一定的影響，過(guò)大的超方可引起結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，因此要在施工中控制盡量減小超方量，保證連續(xù)剛構(gòu)的受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

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［4］ JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

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