小边中跨比连续刚构桥技术研究

张文驰

（湖南湘江新区管理委员会，湖南 长沙 410000）

1 项目概况

某景观桥右偏角75°，为（20+42+20）m三跨变截面连续刚构，梁底纵桥向曲线按圆弧线变化；桥梁总宽度45m，分两幅设计，北半幅宽度21m，南半幅宽度为24m；桥台采用柱式桥台，桥墩采用实体墩，呈扇形。本桥平面位于直线段上，墩台等角度布置。桥梁施工方法为满堂支架浇筑，图1。

图1 桥型图

项目特点：a.本桥边中跨比常规连续刚构小得多，仅0.47；b.受景观造型、地形控制，桥梁墩高很矮，承台顶至桥面仅8m；c.桥梁斜交布置，斜交角15°；d.设计方已经考虑到桥梁后期端部支座会有负拉力，设置了拉压支座 抗拉承载能力50t，一端6个支座，合计300t负反力）和配重（100t）；e.地质情况好，承台以下即为强风化岩，单轴饱和抗压强度frk=3.5 MPa。

现场情况：桥梁在混凝土达到强度，白天张拉预应力后（30℃张拉），晚上降温后梁端所有拉压支座均已拉断，翘起2cm左右。另一幅桥张拉完毕后，出现同样情况。

2 梁端翘起原因分析

本次计算采用Midas2019软件进行，图2。

图2 计算模型

2.1 边界条件

（1）桩基：桩侧土弹簧模拟，桩端固结；强风化岩按frk=3.5MPa，强风化侧向抗力CO=1831250KN/m3，中风化frk=15MPa，侧向抗力CO=8875000KN/m3。本桥中墩表层没有软土层，均为风化岩，其中顶层强风化岩厚度为4m左右，以下均为强风化碎裂岩及中风化岩。强风化层弹簧水平刚度取K1=4120312.5 KN/m，中风化层弹簧水平刚度取K2=19968750KN/m。2）承台-桩基：主从连接。（3）中墩顶-桥墩：刚性连接。（4）边支座与梁：主从连接+弹性连接。（5）满堂支架：弹性连接（仅受压）。

本桥斜交15°，按照规范≤15°时，按正交计算。

2.2 施工阶段模拟

结构计算主要模拟了以下几个阶段：（1）浇筑桩基、桥墩，60天；（2）满堂支架浇筑箱梁，施工人行道二期恒载、施加配重，30天；（3）张拉预应力，5天；（4）拆除支架并激活边跨支座5天；（5）施工二期恒载（主要是桥面浇筑）；（6）收缩徐变10年。

2.3 观测数据及翘起原因分析

南半幅桥张拉完毕，发生翘起后，施工方连续对早晚温差进行了观测，详细观测数据如表1。

表1 南半幅位移观测表

考虑7.30 ～8.3 日气温比较接近，最低、最高气温约为26℃、35℃，早晚温差约9°，观测时基本为全年早晚温差最高的季节。根据经验，气温最高一般发生在下午2点左右，由于混凝土吸收热量有延时，可基本认为在3～5点左右整体达到最高温度，现场测量桥面此时温度约为45℃。故根据现场情况，考虑箱梁最低、最高温度按26℃、35℃，顶板最高温度为45℃，整体温度差按10℃考虑，温度梯度差按7℃考虑（顶板升温7℃）。

整体降温10℃时，计算显示现状桥梁在梁端翘起值为3.2 mm。梯度降温10℃时，计算显示现状桥梁在梁端翘起值为5.0 mm。分析显示，在箱梁顶板降温10℃+温度系统降温10℃时，梁端总的位移变化量为3.2 +5.0 =8.2 mm，与南半幅东侧的位移量基本一致。根据测量，南半幅西侧竖向位移量比东侧小很多，桥梁梁端位移不均衡，设计分析应是南半幅西侧的承台嵌固效应较东侧大得多 与现场施工有关），西侧桥台类似承台底部固结，导致西侧竖向变形较少。

初步分析有以下因素能引起梁端反力减少并引发结构上翘：整理降温、梯度降温、砼分批浇筑龄期差距、满堂支架刚度不连续、预应力张拉、收缩徐变等，量化分析见表2。

表2 单项荷载对梁端支反力上翘贡献

2.4 主要结论

考虑施工期间的所有最不利状态，在张拉预应力并满堂支架拆除后，端部每个支座的压力值为F1=11t。

考虑施工期间温度因素、混凝土龄期引起的收缩、支架弹性支撑不连续几个因素在端部每个支座引起的上翘力：F2=-(12.8 +12.3 +2.8 +2)=-30.9 t＞F1，计算显示，在张拉完预应力后，考虑降温等荷载时梁端支座负支反力 约20t）。后经详细分析，虽设计文件中要求每个支座有50t的抗拉力，现场实际测量后其抗拉能力不到20t，支座螺栓拉断，梁端上翘，与施工现场基本一致。

3 处理方案

针对以上分析结论，桥梁进行了以下处理：

3.1 凿除中墩靠河一侧桩头强风化岩1m，凿松0.5 m，释放桩基变形，减少桥墩整体刚度。

3.2 对翘起的梁端进行顶升，每幅桥每端总顶力：右幅210t，左幅192t，顶升位移均为0.8 cm。

3.3 取消原设计伸缩缝，延长梁端配重3m，将配重与台后搭板做到一起。

4 结论与建议

矮墩连续刚构桥对温度特别敏感，设计时应采取多种手段减少温度、收缩徐变等对结构的影响，主要包含以下方面：（1）墩身刚度不宜过大，设置跨中后浇带和顶推后合拢，以改善墩身的受力；（2）连续刚构施工温度不宜太高，以20℃以内合拢较好；（3）对于小边中跨比的连续刚构，应考虑施工阶段温度荷载对结构的影响；（4）梁端发生翘起，对结构进行顶升时，要优化顶升力，以求结构的内力状态最优；（5）尽量不采用小边中跨比的连续刚构，特别在地质条件较好的情况下，实在要采用，可以将搭板与主体结构合并设计，以改善支座受力；（6）勘察方提供的岩土力学参数往往打了较多折扣，设计方对于类似结构一定要与勘察充分沟通，把握好岩土力学真实情况，矮墩刚构桥“怕硬不怕软”，错误的估计侧向抗力往往导致严重的后果；（7）此类型的结构需有较大的设计冗余，特别是支座支反力、桥墩结构、配重、拉压支座处。