王爭(zhēng) 田世清

摘要：

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁；交接墩偏移；影響因素

1.工程背景

重慶地處山嶺重丘區(qū)，山高谷深，彎、坡及高墩橋梁相對(duì)較多。部分連續(xù)梁坡橋交接墩先后出現(xiàn)如：盆式橡膠支座支座超限滑移、墩柱向上坡方向偏移、墩身地面以上局部出現(xiàn)大量環(huán)向裂縫等病害，最嚴(yán)重的梁體幾乎掉在蓋梁上。這些病害橋梁分布較為廣泛，在石忠、彭武、渝鄰等多條高速公路和石柱、萬(wàn)州等多條地方公路均有出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅橋梁運(yùn)營(yíng)安全。為此，學(xué)者和工程師們做了大量的病害調(diào)查和分析研究工作，論述了病害原因和處治措施，為橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。筆者對(duì)這些著述深入研究，發(fā)現(xiàn)還有問(wèn)題未有答案，如：為什么交接墩偏移量與橋梁縱坡大小不成比例？帶著這個(gè)問(wèn)題，筆者進(jìn)行了深入的調(diào)查、計(jì)算、分析工作。

2.病害調(diào)查結(jié)果

共調(diào)查了出現(xiàn)前述病害的19座橋梁、34個(gè)交接墩和344個(gè)支座，匯總統(tǒng)計(jì)支座及墩柱存在的主要缺陷和病害如下。

2.1支座安裝缺陷

1）支座未按照設(shè)計(jì)位置安裝。表現(xiàn)在：

（1）同排支座中心橫向未在一條直線上，有的靠前，有的靠后；

（2）支座頂板中心與支座中心偏離較大。

2）支座頂板安裝不水平，即支座滑動(dòng)面（支撐面）不水平。主要是因?yàn)轭A(yù)制梁體時(shí)未對(duì)梁底預(yù)埋鋼板進(jìn)行調(diào)坡，直接擺放在底座上而與梁底成一個(gè)面，在設(shè)計(jì)有縱坡的情況下安裝梁體時(shí)也未對(duì)支座頂板與梁底預(yù)埋鋼板之間進(jìn)行調(diào)坡處理而形成的；

3）支座底板安裝不水平。這主要是由于支座墊石頂面不水平且安裝支座時(shí)也未進(jìn)行調(diào)平處理而產(chǎn)生的；

2.2支座使用期間形成的病害

1）支座異?；?；

2）支座被剪切破壞。

2.3墩柱病害

1）交接墩沿著縱向向上坡方向偏移；

2）偏移嚴(yán)重的墩柱混凝土表面出現(xiàn)大量裂縫。

2.4某高速公路橋梁支座相關(guān)病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

3.連續(xù)梁交接墩偏移量影響因素分析

3.1影響交接墩偏移量的因素識(shí)別

引起墩柱偏移的原因主要是水平分力和溫度力，墩柱偏移值的大小又與推力大小、墩高、墩徑關(guān)系密切，各因素對(duì)墩柱偏移影響如圖3.1。

圖3.1墩柱偏移量影響因素關(guān)系圖

3.2支撐面實(shí)際坡度i的影響分析

調(diào)查顯示，支座支撐面實(shí)際坡度與橋梁設(shè)計(jì)縱坡是不一致的，有的大，有的小，且沒(méi)有規(guī)律性。同一橋墩上的兩排支座頂板坡度大多不一致。同一橋梁相同縱坡的左右兩幅中相同墩號(hào)上的支座頂板坡度也不相同。

設(shè)計(jì)縱坡大的橋，頂板實(shí)際坡度i可能較小。如芹菜壩大橋，設(shè)計(jì)縱坡-4%，右幅3#墩支座頂板坡度實(shí)際為前排-3.4%，后排-3.08%。

設(shè)計(jì)縱坡小的橋，支座頂板實(shí)際坡度可能較大。如楠花1#橋，設(shè)計(jì)縱坡1.03%，右幅4#墩支座頂板坡度實(shí)際為前排4.6%，后排4.1%。

根據(jù)受力分析，墩柱受到的水平推力 （ 為i對(duì)應(yīng)的夾角），由此可知，支座頂板坡度i的大小，影響橋墩受到水平推力的大小。對(duì)某一橋墩來(lái)講，i越大，橋墩受到向上坡方向的水平推力越大，橋墩偏移量也越大；i越小，橋墩受到向上坡方向的水平推力越小，橋墩偏移量也越小。

3.3橋梁上部荷載G的影響分析

橋梁上部荷載包括恒載、活載和制動(dòng)力。一般來(lái)講，對(duì)相同跨徑和相同結(jié)構(gòu)形式的橋梁，上部荷載基本是相同的，但也會(huì)受施工質(zhì)量控制的差異，形成較小的差別。如果結(jié)構(gòu)形式不同，或者橋梁跨徑不同，上部荷載差別就會(huì)比較大。根據(jù)水平推力公式，在存在i的情況下，G越大，橋墩受到的水平推力越大，橋墩偏移量也越大；G越小，橋墩受到的水平推力越小，橋墩偏移量也越小。

3.4摩擦系數(shù)μ的影響分析

梁體安裝后，由于支座頂板、底板實(shí)際坡度并不水平且不一致，造成支座脫空和局部受壓。支座脫空程度不一，各個(gè)支座的摩擦系數(shù)μ是不同的，兩排支座的平均摩擦系數(shù)也可能是不相同的。從表1中可以看出，同一墩上兩排支座頂板滑移量大多不一樣，說(shuō)明四氟板受剪切破壞也是有時(shí)間先后的，四氟滑板的局部破壞，也會(huì)改變摩擦系數(shù)μ。

墩柱偏移滑動(dòng)時(shí)，上部荷載產(chǎn)生的摩擦力對(duì)其有抑制作用。摩擦系數(shù)μ越大，摩擦力越大，對(duì)橋墩偏移的抑制作用越大，橋墩偏移量可能越??；μ越小，摩擦力越小，對(duì)橋墩偏移的抑制作用越小，橋墩偏移量可能越大。

3.5墩徑r的影響分析

橋墩直徑r是反映橋墩剛度的重要指標(biāo)，對(duì)某一橋墩來(lái)講，r越大，剛度越大，抗彎能力越強(qiáng)，r越小，剛度越小，抗彎能力越弱。R的大小與墩高和上部荷載等因素有關(guān)系，一般按照長(zhǎng)細(xì)比來(lái)控制，不是根據(jù)橋梁縱坡大小來(lái)決定的。也就是說(shuō)，橋墩的偏移量不會(huì)因?yàn)榭v坡而成規(guī)律性變化。對(duì)某一橋墩來(lái)講，當(dāng)其他因素確定時(shí)，r越大，橋墩偏移量越小；r越小，橋墩偏移量越大。

3.6墩高h(yuǎn)的影響分析

橋墩的高度h只受地形的影響，不會(huì)與縱坡有直接關(guān)系。h也是影響橋墩剛度的因素之一，在墩徑和外力因素相同時(shí)，h越大，剛度越小，抗推能力也越小，橋墩偏移量越大；，h越小，剛度越大，抗推能力也越大，橋墩偏移量越小。

3.7支座中心安裝偏離值y的情況分析

除了安裝溫度調(diào)整外，規(guī)范要求支座頂板和支座中心應(yīng)無(wú)偏離。事實(shí)上對(duì)于受調(diào)查的橋梁來(lái)講，支座頂板中心安裝均存在較大的偏離值，最大達(dá)到了7cm。頂板中心偏離實(shí)際上相當(dāng)于減小了支座的允許滑移量。支座頂板中心安裝偏離與橋梁縱坡沒(méi)有必然關(guān)系，是由施工控制引起的，偏離值的大小具有偶然性。偏離值越大，實(shí)際允許滑移量越小，四氟滑板越容易被早期破壞，墩柱越容易發(fā)生在溫度力作用下的嚴(yán)重偏移。

3.8溫度力T的影響分析

當(dāng)支座頂板滑入四氟滑板后，推動(dòng)橋墩偏移的主要是溫度力。溫度力與溫差有關(guān)系，一個(gè)是溫差大小，二個(gè)是溫度變化頻率。頻率意味著對(duì)墩柱推動(dòng)的次數(shù)多少，溫差意味著每次推動(dòng)位移的大小。由于溫差作用下梁體長(zhǎng)度的變化與溫差存在線性關(guān)系，所以跨徑越大受溫差的影響越大。一般來(lái)講，只要溫度力T開(kāi)始推動(dòng)橋墩偏移時(shí)，橋墩的偏移量就會(huì)越來(lái)越大。

4.分析結(jié)論

通過(guò)前面的分析可知，橋墩偏移值并不是與橋梁縱坡成簡(jiǎn)單比例關(guān)系，而是受多種因素共同影響。包括支座支撐面實(shí)際坡度i、橋梁上部荷載G、摩擦系數(shù)μ、墩徑r、墩高h(yuǎn)、支座中心安裝偏離值y和溫度力T等，這些量任何一個(gè)發(fā)生改變時(shí)，墩柱都有不同的偏移值。如果針對(duì)某座橋某個(gè)墩，當(dāng)支座頂板未滑入四氟滑板內(nèi)時(shí)，橋墩偏移量則與i、G、μ、r、h有關(guān)；當(dāng)支座四氟滑板被剪切破壞時(shí)，橋墩偏移量則與溫度力T有關(guān)；支座中心安裝偏離值y的大小是影響支座允許滑移量的因素，對(duì)頂板是否滑入四氟滑板內(nèi)有直接聯(lián)系。綜合來(lái)看，支座支撐面坡度大的橋墩，可能因?yàn)橹ё敯逯行钠x較小、墩高較小、支座局部脫空程度不一而引起摩擦系數(shù)不一樣等因素，而未發(fā)生較大偏移。

同座橋同坡度的左右幅橋墩，可能因?yàn)橹ё敯鍖?shí)際坡度不一樣、支座頂板中心偏離值不一樣、墩高不一樣、墩徑不一樣、支座局部脫空程度不一而引起摩擦系數(shù)不一樣等因素，而偏移程度不一樣。