惠濟(jì)河大橋冬歇期位移及應(yīng)力分析

魏 鑫

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

惠濟(jì)河大橋由于受施工計(jì)劃安排及面臨實(shí)際氣候狀況（嚴(yán)寒天氣，冬季施工難度大且質(zhì)量難以保證）影響，大橋在施工過(guò)程中不能完成合攏，只能進(jìn)入冬歇期停止施工，待來(lái)年氣溫條件允許才恢復(fù)箱梁的懸臂施工。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是橋墩固結(jié)的多次超靜定結(jié)構(gòu)，在冬歇期中受梁體自重、混凝土收縮徐變、溫差、風(fēng)荷載、雪荷載等因素的影響，梁體會(huì)產(chǎn)生位移，造成主梁下?lián)霞皯?yīng)力發(fā)生變化[1]。主梁下?lián)线^(guò)大會(huì)給橋梁帶來(lái)安全隱患，給來(lái)年合攏帶來(lái)諸多困難，為此在冬歇期對(duì)主梁撓度、主梁應(yīng)力、橋墩應(yīng)力、橋墩沉降的監(jiān)測(cè)非常重要，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以較好地掌握位移及應(yīng)力的變化情況，預(yù)判橋梁的安全性，為來(lái)年橋梁預(yù)拱度的調(diào)整積累數(shù)據(jù)，使橋梁合攏精度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，橋梁線形滿足設(shè)計(jì)線形。

1 工程概況

惠濟(jì)河大橋全長(zhǎng)492 m，分左右兩幅，單幅橋面寬：11 m（行車道）+2×0.5 m（ 防撞護(hù)欄）。 主橋上部結(jié)構(gòu)為（55+3×95+55）m懸臂澆筑法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)；引橋上部結(jié)構(gòu)為3×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁[2]。下部采用薄壁墩、樁柱式墩，橋臺(tái)采用輕型橋臺(tái)、柱式臺(tái)，基礎(chǔ)分別采用灌注樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋梁總體布置如圖1所示。

圖1 惠濟(jì)河大橋總體布置示意圖（單位：cm）

懸臂施工的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在大懸臂過(guò)冬期間，偏載、風(fēng)荷載、雪荷載對(duì)其安全及穩(wěn)定性影響較大，大橋在長(zhǎng)懸臂冬歇期內(nèi)容易出現(xiàn)諸多問題，如：主梁混凝土收縮徐變產(chǎn)生的不確定性變形，導(dǎo)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(chǎn)生凍傷害導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，受凍混凝土在氣溫回升后還會(huì)造成混凝土凍融破壞，使主梁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫等病害；主梁在風(fēng)雪等惡劣天氣作用下出現(xiàn)撓度過(guò)大、扭轉(zhuǎn)等較大變形；主梁及主墩應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致主梁、橋墩出現(xiàn)裂縫等病害；橋墩在大風(fēng)天氣影響下，出現(xiàn)不均勻的較大沉降等[3-4]。

惠濟(jì)河大橋在冬歇期中最短懸臂塊為右幅2號(hào)墩6號(hào)塊，懸臂長(zhǎng)度為26.5 m，最長(zhǎng)懸臂塊為左幅4號(hào)墩9號(hào)塊，懸臂長(zhǎng)度為38.5 m。大橋所在地冬季寒冷、風(fēng)力較大、降雪量大，橋梁懸臂長(zhǎng)度大，給橋梁過(guò)冬帶來(lái)安全隱患。根據(jù)冬歇期監(jiān)控方案，冬歇期為4.5個(gè)月，在冬歇期內(nèi)對(duì)全橋位移及應(yīng)力進(jìn)行了4次觀測(cè)，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(cè)

2.1 主梁撓度測(cè)點(diǎn)布置

在每個(gè)“T”構(gòu)每個(gè)節(jié)段懸臂端以箱梁中線為基準(zhǔn)對(duì)稱布置2個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，主梁撓度布置如圖2所示。

圖2 主梁撓度測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.2 主梁撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果

表1 右幅2號(hào)墩主梁累計(jì)變形匯總表 mm

表2 左幅4號(hào)墩主梁累計(jì)變形匯總表 mm

圖3 右幅2號(hào)墩主梁累計(jì)變形值對(duì)比圖

圖4 左幅4號(hào)墩主梁累計(jì)變形值對(duì)比圖

通過(guò)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(hào)墩、左幅4號(hào)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(hào)墩大里程測(cè)最大上撓值為2.83 mm，小里程測(cè)最大上撓值為4.72 mm；左幅4號(hào)墩大里程測(cè)最大上撓值為6.85 mm，小里程測(cè)最大上撓值為3.55 mm。懸臂長(zhǎng)度越長(zhǎng)上撓值越大，分析原因?yàn)榇穗A段預(yù)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)梁體的影響較大，使梁體產(chǎn)生上撓。

b）冬歇期3與冬歇期2相比較，右幅2號(hào)墩大里程測(cè)出現(xiàn)上撓、小里程測(cè)出現(xiàn)下?lián)?，最大上撓值?.55 mm，最大下?lián)现禐?.55 mm；左幅4號(hào)墩大里程測(cè)出現(xiàn)下?lián)稀⑿±锍虦y(cè)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?yàn)槎?處于當(dāng)?shù)刈詈涞臅r(shí)候，氣溫較低，且降雪量大，此時(shí)由于溫度效應(yīng)、風(fēng)荷載、雪荷載等影響因素的疊加導(dǎo)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(hào)墩、左幅4號(hào)墩主梁出現(xiàn)下?lián)?，其中右?號(hào)墩大里程測(cè)最大下?lián)现禐?.43 mm，小里程測(cè)最大下?lián)现禐?.17 mm；左幅4號(hào)墩大里程測(cè)最大下?lián)现禐?1.4 mm，小里程測(cè)最大下?lián)现禐?.65 mm。分析原因?yàn)榇穗A段預(yù)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)梁體的影響在逐步減弱，隨著氣溫的回升、日照時(shí)間的加長(zhǎng)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(hào)墩、左幅4號(hào)墩大里程測(cè)主梁出現(xiàn)下?lián)?，左?號(hào)墩小里程測(cè)主梁出現(xiàn)上撓，其中右幅2號(hào)墩大里程測(cè)最大下?lián)现禐?.05 mm，小里程測(cè)最大下?lián)现禐?.90 mm；左幅4號(hào)墩大里程測(cè)最大下?lián)现禐?.05 mm，小里程測(cè)最大上撓值為1.05 mm。在冬歇期內(nèi)右幅2號(hào)墩、左幅4號(hào)墩主梁以下?lián)蠟橹?，最大下?lián)现禐?.05 mm，下?lián)现递^小，橋梁結(jié)構(gòu)安全可控。

3 主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.1 主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

全橋主梁共布設(shè)6個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面，每個(gè)斷面布設(shè)6個(gè)應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)，其中頂板底板各3個(gè)，主梁應(yīng)力測(cè)試斷面如圖5所示。

圖5 主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 主梁各斷面累計(jì)應(yīng)力匯總表 MPa

通過(guò)表3可以看出：

在整個(gè)冬歇期內(nèi)主梁各斷面累計(jì)應(yīng)力變化值都比較小，最大變化值為0.56 MPa，橋梁結(jié)構(gòu)安全可控。

4 橋墩應(yīng)力監(jiān)測(cè)

對(duì)已布設(shè)的2號(hào)墩和3號(hào)墩的墩底應(yīng)力斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

實(shí)測(cè)結(jié)果表明，兩墩墩底各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力全部為壓應(yīng)力，在此時(shí)間段內(nèi)變化值較小，表明2號(hào)和3號(hào)墩受力處在安全范圍內(nèi)。冬歇期結(jié)束后2號(hào)和3號(hào)橋墩的根部墩身累計(jì)應(yīng)力變化值2號(hào)墩為0.35 MPa，3號(hào)墩為0.51 MPa，處于安全范圍內(nèi)。

5 橋墩沉降監(jiān)測(cè)

對(duì)已布設(shè)的2號(hào)和3號(hào)橋墩承臺(tái)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。沉降觀測(cè)點(diǎn)如圖6所示。

圖6 橋墩沉降觀測(cè)點(diǎn)

對(duì)2號(hào)和3號(hào)橋墩沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，兩墩沉降數(shù)值較小，墩身沉降累計(jì)最大沉降變化值為-0.4 mm，變形可控，處于安全范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

a）通過(guò)對(duì)惠濟(jì)河大橋在冬歇期內(nèi)主梁撓度、主梁應(yīng)力、橋墩應(yīng)力、橋墩沉降監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)掌握橋梁在冬歇期內(nèi)的變形情況，評(píng)估橋梁在冬歇期內(nèi)的安全性，為類似橋梁施工監(jiān)控提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也驗(yàn)證了惠濟(jì)河大橋冬歇期監(jiān)測(cè)方案的科學(xué)性和可行性。

b）惠濟(jì)河大橋在冬歇期早期預(yù)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)梁體的影響較大，使梁體產(chǎn)生上撓效應(yīng)，懸臂長(zhǎng)度越長(zhǎng)上撓值越大。中期由于溫度效應(yīng)、風(fēng)荷載、雪荷載等影響因素的疊加導(dǎo)致梁體出現(xiàn)上撓和下?lián)犀F(xiàn)象。后期預(yù)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)梁體的影響在逐步減弱，隨著氣溫的回升、日照時(shí)間的加長(zhǎng)使主梁出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

c）在整個(gè)冬歇期內(nèi)主梁撓度、主梁應(yīng)力、橋墩應(yīng)力、橋墩沉降變化值都比較小，橋梁結(jié)構(gòu)安全可控。