劉 濤

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142）

目前大部分連續(xù)梁剛構(gòu)橋都采用懸臂澆筑的施工方法，要經(jīng)歷一個(gè)長期而又復(fù)雜的施工過程及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程，各施工階段的結(jié)構(gòu)受力都將伴隨著結(jié)構(gòu)體系、約束條件和荷載作用變化而不斷變化。由于施工過程中受到許多不確定性因素影響，包括材料的性能、施工荷載、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度等在理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)之間存在的差異，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就需要對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，確定主要的敏感性參數(shù)，以便在施工中重點(diǎn)關(guān)注，對施工監(jiān)控起到有效的預(yù)防和控制效果。

近年來我國越來越多的橋梁在使用過程中出現(xiàn)了不同程度的破壞，經(jīng)過研究統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其主要原因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理及施工質(zhì)量問題。橋梁的強(qiáng)健性設(shè)計(jì)就是針對這一現(xiàn)狀提出的設(shè)計(jì)方法，其主要內(nèi)容就是通過采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防性措施，使橋梁具有抵抗最不利荷載的能力，使橋梁有能力避免由于設(shè)計(jì)和施工中的偏差而導(dǎo)致的顯著破壞。

1 參數(shù)敏感性分析方法

結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析步驟為：①建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；②從撓度、彎矩、應(yīng)力等結(jié)構(gòu)響應(yīng)中，選取一個(gè)或多個(gè)作為控制目標(biāo)；③改變各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，得出各控制目標(biāo)的變化幅度，根據(jù)影響程度判定此項(xiàng)參數(shù)為該控制目標(biāo)的敏感性參數(shù)或非敏感性參數(shù)。

1.1 工程實(shí)例

以某高速公路上跨越山谷大河的（130m＋248m＋130m）連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槔?，進(jìn)行結(jié)構(gòu)敏感性分析。該橋?yàn)槿蝾A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主梁為分幅式單箱單室截面，每幅箱梁頂板寬13.85m，底板寬7.5m，兩翼板懸臂長3.175m。 箱梁跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁高4.8m，橋墩與箱梁相接的根部斷面及墩頂0號梁段高16.0m。箱梁從跨中至根部，箱高以1.8次拋物線變化。下部構(gòu)造主墩采用鋼筋混凝土空心墩，橫橋向?qū)?.5m，縱橋向頂寬12.0m；交界墩采用雙柱薄壁空心墩，空心墩橫橋向?qū)?.2m，縱橋向墩頂寬3.7m。采用Midas Civil2006建立模型選取荷載短期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)應(yīng)力為控制目標(biāo)。

根據(jù)《橋涵施工規(guī)范》規(guī)定，橋梁結(jié)構(gòu)斷面尺寸允許有±5%誤差，橋面鋪裝厚度允許超厚L/5000（L為連續(xù)剛構(gòu)主跨跨徑），預(yù)應(yīng)力鋼絞線容許±6%誤差，據(jù)此選取箱梁超重，鋪裝超鋪，預(yù)應(yīng)力張拉力等幾個(gè)內(nèi)容作為設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。鑒于設(shè)計(jì)中考慮整個(gè)橋面鋪裝超厚L/5000（L為連續(xù)剛構(gòu)主跨跨徑）偏大，設(shè)計(jì)中考慮橋面鋪裝超厚L/7000（L為連續(xù)剛構(gòu)主跨跨徑）。

下面為荷載短期效應(yīng)組合下1號節(jié)段頂板部位壓應(yīng)力儲備受考察參數(shù)變化的影響：

（1）箱梁超重5%情況：主梁比正常設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減少1.03MPa，正常使用抗裂驗(yàn)算通過；

（2）鋪裝層超厚3.5cm情況：主梁比正常設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減少0.8MPa，正常使用抗裂驗(yàn)算通過；

（3）縱向預(yù)應(yīng)力張拉力減少6%情況：主梁比正常設(shè)計(jì)壓應(yīng)力減少1.224MPa，正常使用抗裂驗(yàn)算不滿足。

從以上幾個(gè)參數(shù)的偏差產(chǎn)生的影響來看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對預(yù)應(yīng)力張拉力減少6%的變化最敏感，最不能接受。因此可以認(rèn)為預(yù)應(yīng)力損失為短期效應(yīng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力的敏感性參數(shù)，應(yīng)該從多方面入手確保施工達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力度。

2 橋梁的強(qiáng)健性分析

高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋強(qiáng)健性分析主要內(nèi)容為通過對施工中的一些偏差進(jìn)行模擬，確保結(jié)構(gòu)在這些偏差的作用下，橋梁不致發(fā)生破壞并影響使用功能。

仍以（130m＋248m＋130m）連續(xù)剛構(gòu)為例對橋梁的強(qiáng)健性進(jìn)行分析，主要內(nèi)容包括預(yù)備鋼束的啟用和掛籃傾覆兩個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1 預(yù)備鋼束的啟用

預(yù)備鋼束的主要作用：①防止施工期間由于管道漏漿堵塞而備用的；②在橋梁通車使用一階段時(shí)間后，當(dāng)橋梁承載能力下降后，通過張拉預(yù)備鋼束來提高橋的承載能力。

施工階段本橋懸臂施工共33個(gè)梁段采用掛籃懸臂澆筑施工，假設(shè)22節(jié)段施工時(shí)一孔鋼束沒能張拉，預(yù)備索在下一節(jié)段啟用，對應(yīng)箱梁而言，掛籃最大荷載時(shí)頂板可能受拉。預(yù)備索張拉前梁端部比正常施工壓應(yīng)力儲備減少1.2MPa，頂板堵管一側(cè)接近角點(diǎn)應(yīng)力為0.3MPa。

在預(yù)備孔穿索補(bǔ)充張拉相應(yīng)噸位后，隨后的施工過程中主梁累積的應(yīng)力與正常施工差別不大，認(rèn)為懸臂施工過程中頂板T組鋼束個(gè)別意外的堵管可以通過補(bǔ)充張拉預(yù)備索的方式補(bǔ)救。

2.2 掛籃傾覆

掛籃是懸臂施工的主要設(shè)備，在懸澆施工過程中，有時(shí)會出現(xiàn)掛籃掉落的情況，需要對橋墩的穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析。

假設(shè)結(jié)構(gòu)在澆筑最后一個(gè)懸澆塊時(shí)發(fā)生掛籃傾覆。

（1）剛構(gòu)橋的主要荷載：最大懸臂階段結(jié)構(gòu)自重、最大懸臂階段一側(cè)掛蘭傾覆、施工期間橫向風(fēng)荷載。

（2）主墩強(qiáng)度情況：主墩底部軸力最大，在偏心彎矩下截面驗(yàn)算較為不利。估算的主墩底部軸力為－294549kN，彎矩為146332kN·m。主墩頂部軸力較小，在不平衡彎矩的作用下，截面角點(diǎn)最小壓應(yīng)力儲備不足1.0MPa。

掛籃傾覆是懸臂施工最不利工況，在發(fā)生掛籃墜落的情況下，橋墩有可能發(fā)生破壞，因此應(yīng)該采取措施，如壓重和后錨等多種安全措施以確保掛籃正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)語

高墩大跨連續(xù)梁剛構(gòu)橋適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)性好，現(xiàn)在已經(jīng)成為幾十米到200多米跨度的主力橋型，但是近年來，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在運(yùn)營期陸續(xù)出現(xiàn)跨中下?lián)?、腹板斜裂縫、底板裂縫等病害，需要我們在設(shè)計(jì)理論、施工方法中不斷探索完善。因此橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該對結(jié)構(gòu)的參數(shù)敏感性及強(qiáng)健性進(jìn)行分析，以保證施工過程質(zhì)量控制更有針對性，同時(shí)對可能出現(xiàn)的施工偏差留有一定的安全儲備，保證施工期間安全，并減小運(yùn)營階段橋梁病害出現(xiàn)的概率。

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