馬宏斌

摘要：為分析大跨徑連續(xù)剛構橋的運營情況，文章采用現場監(jiān)測法對各監(jiān)測斷面撓度和應力進行監(jiān)測，并結合理論計算值對橋梁穩(wěn)定性進行分析。根據監(jiān)測結果，主橋中部兩跨跨中截面的撓度和應力均較大，在監(jiān)測三年后撓度增速明顯下降，進入穩(wěn)定發(fā)展階段，且撓度和應力實測值均小于理論計算值，說明橋梁變形和應力均在設計允許范圍內，橋梁結構安全穩(wěn)定。

關鍵詞：大跨徑連續(xù)剛構橋；運營期；應力；變形；監(jiān)測

中圖分類號：U446.2 A 41 0134 4

0 引言

大跨徑連續(xù)剛構橋無伸縮縫，橋面平整度高，行車舒適性好［1］，不設置支座，不需要進行體系轉換，施工工序簡單，與其他橋梁相比具有明顯的技術優(yōu)勢。然而，在大跨徑連續(xù)剛構橋的運營過程中，很多橋梁出現了跨中下撓、梁體開裂等問題［2］，直接影響橋梁的使用性能，嚴重時甚至威脅行車安全。橋梁跨中下撓是由于運營中跨中變形高于理論計算預測值，導致橋梁線形失真［3］，主要表現為完工后撓度持續(xù)增長，長期撓度大于預測值。另外，梁體開裂會降低橋梁結構剛度，跨中下撓會加重梁體開裂，二者互相影響加劇橋梁結構破壞。大跨徑橋梁運營期間，需要定期開展應力應變和沉降監(jiān)測［4］，掌握橋梁的受力狀態(tài)和變形情況，通過長期監(jiān)測及時發(fā)現橋梁結構存在的問題，為橋梁維護與加固提供參考依據。以某大跨徑連續(xù)剛構橋為研究對象，制定方案開展運營期監(jiān)測，通過在橋梁主要部位布置測點和儀器，分析現場監(jiān)測數據，得出橋梁結構變形和應力的變化規(guī)律，并與理論計算值對比以確定橋梁結構的穩(wěn)定性。

1 工程概況

某大橋設計全長為960.6 m，其中主橋為預應力混凝土連續(xù)剛構結構，橋跨組合結構為120 m+2×200 m+120 m，引橋采用預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，橋跨組合為3×40 m+2×40 m+3×40 m三聯結構。橋梁上部結構為單箱單室箱型斷面，僅在橋墩頂部設置4道隔板。該橋梁于2018年6月建成通車，由于受環(huán)境因素、氣候變化、靜載和活載作用等多方面因素的影響，橋梁結構的受力狀態(tài)和變形情況不斷變化，造成橋梁結構的強度和剛度有一定幅度的下降。由于很多已建成的大跨徑連續(xù)剛構橋梁運營期間普遍存在受力與變形超出預測的情況，為全面掌握該橋梁的受力、變形情況，評價橋梁結構的穩(wěn)定性和安全性，在運營期間開展應力應變和沉降監(jiān)測。本文選取該大橋運營后三年內的現場監(jiān)測結果作為研究對象，監(jiān)測時間段為2018年6月至2021年6月，該三年為重點監(jiān)測期。其中2018年6月至2019年6月，監(jiān)測頻率為每月一次；2019年6月至2020年6月，監(jiān)測頻率為每兩個月一次；2020年6月至2021年6月，監(jiān)測頻率為每兩個月一次。本文選取重點監(jiān)測期三年中的部分監(jiān)測數據作為研究對象，分析監(jiān)測結果對橋梁結構的承載能力、營運狀態(tài)等并進行評價。

2 現場監(jiān)測測點布置

2.1 橋面標高監(jiān)測點布置

該橋橋面凈寬為12 m，外側護欄寬度為0.5 m，內側采用波形護欄。為監(jiān)測橋梁各部分的標高變化情況，在主橋上共設置100個高程監(jiān)測點，其中120 m段測點布置間距為3 m，200 m段布置間距為2.5 m，高程監(jiān)測點布置如圖1所示。單個橋面標高橫斷面測點布置位置分別為跨中墩頂、邊跨墩頂、1/2跨、1/4跨、1/8跨位置。其中，監(jiān)測點A系列位于橋梁左幅橋面護欄內側25 cm位置，監(jiān)測點B系列位于橋梁左幅橋面距翼板邊緣25 cm位置，監(jiān)測點C系列位于橋梁左幅橋面距翼板邊緣25 cm位置，監(jiān)測點D系列位于橋梁左幅橋面護欄內側25 cm位置。橋梁沉降監(jiān)測采用精密水準儀和銦鋼尺，測量精度為0.1 mm，對各監(jiān)測測點標高進行監(jiān)測，計算得到相應的變形量。測點布置后進行首次觀測，作為初始標高，后續(xù)觀測與首次觀測的高差即為變形量。

2.2 應力監(jiān)測點布置

通過全面分析大橋的橋型布置、受力特點等因素［5-6］，選取主橋右幅主梁跨中和墩頂斷面作為應力監(jiān)測斷面，其中1-1斷面、2-2斷面、3-3斷面、4-4斷面為跨中截面，5-5斷面、6-6斷面、7-7斷面為墩頂斷面，應力監(jiān)測斷面布置如圖2所示。每個測試斷面頂面和底面各布置3個應變計，共計42個應變計，應變計布置如圖3所示。橋梁應力監(jiān)測采用JK-65型振弦式應變計，其具有穩(wěn)定性好、分辨率高、數據采集準確等優(yōu)點，可用于長期監(jiān)測。

3 橋梁現場監(jiān)測結果分析

3.1 橋梁變形監(jiān)測結果分析

自2018年6月開始對橋梁左幅和右幅的各監(jiān)測點標高進行監(jiān)測，計算確定各測點的變形量。本研究取2018年6月、2019年6月、2020年6月和2021年3月四個月份的橋梁左幅和右幅監(jiān)測結果作為研究對象，整理監(jiān)測數據后，繪制了橋梁左幅和右幅變形曲線如圖4和圖5所示。

分析圖4可知，橋梁左幅主橋中間長度為200 m兩跨下撓較大，兩側120 m跨下撓較小，主橋中間兩跨撓度的增長速度也較大，而主橋邊上兩跨撓度的增長速度較小，且隨著監(jiān)測時間的增長增速有所下降。另外，單跨跨中位置的撓度最大，向兩側不斷減小，這符合橋梁撓度的變化規(guī)律。2021年3月，橋梁左幅中間兩跨撓度最大，最大值分別為2.71 cm、2.54 cm，較2020年6月觀測結果分別增長了11.8%和9.1%，較上一年度的20.9%和20.8%明顯下降，說明橋梁變形逐步達到平穩(wěn)狀態(tài)。

分析圖5可知，橋梁右幅曲線變化規(guī)律與左幅基本一致，主橋中間兩跨變形較大，撓度增速也較大，兩側兩跨變形較小，增速也較小。另外，撓度變化也符合單跨跨中位置最大，向兩側不斷減小的變化規(guī)律。2021年3月橋梁右幅中間兩跨撓度最大，最大值分別為2.92 cm、2.77 cm，較2020年6月觀測結果分別增長了18.9%和18.7%，較上一年度的28.5%和27.6%明顯下降，同樣說明橋梁變形已逐步進入平穩(wěn)發(fā)展階段。總之，橋梁左右兩幅撓度隨運營時間的增加而增加，但增加速率逐步下降，且在2021年3月以后主橋撓度值明顯下降，說明橋梁變形已經進入平穩(wěn)發(fā)展階段，但撓度仍在增長，仍需加強監(jiān)測。

3.2 橋梁應力現場監(jiān)測結果分析

本研究取2018年9月、2019年6月、2020年6月和2021年3月四個月份的橋梁左幅和右幅監(jiān)測結果作為研究對象，以2018年6月監(jiān)測結果作為初始應力，整理監(jiān)測數據繪制橋梁主梁上緣縱向、橫向和下緣應力變化曲線如圖6～8所示。

分析圖6～8可知，主梁跨中截面上緣縱向承受壓應力，波動范圍為0.16～1.79 MPa；上緣橫向承受拉應力，波動范圍為0.13～1.55 MPa；主梁下緣主要承受拉應力，波動范圍為0.36～3.21 MPa。主梁墩頂截面頂板縱向承受拉應力，波動范圍為0.11～0.41 MPa；主梁墩頂截面頂板橫向承受拉應力，波動范圍為0.11～0.47 MPa；主梁下緣承受壓應力，波動范圍為0.01～0.6 MPa。

3.3 橋梁結構穩(wěn)定性分析

3.3.1 跨中撓度分析

根據設計資料，利用有限元軟件建立橋梁計算模型，計算運營階段的橋梁跨中撓度。取主橋跨中撓度最大的C9監(jiān)測點實測值作為研究對象，與理論計算值進行對比分析，繪制跨中截面撓度對比分析曲線如圖9所示。

對比分析圖9可知，在運營期間橋梁主跨撓度持續(xù)增長，運營初期增長速率較大，后期增長速率下降，且實測值均小于理論計算值，二者變化規(guī)律相同。另外，撓度實測值均小于理論計算值，說明運營期間主橋跨中撓度較小，實際變形小于預測值，橋梁結構變形小，橋梁結構穩(wěn)定安全，處于正常的運行狀態(tài)。但監(jiān)測結束時撓度仍有小幅增長，還應加強監(jiān)測。

3.3.2 監(jiān)測截面應力分析

取運營期間應力實測值最大的左幅2-2跨中截面測點65和右幅3-3截面測點126的主梁下緣應力實測值作為研究對象，結合橋梁結構應力計算結果繪制跨中截面應力對比分析曲線如圖10所示。

分析圖10可知，左右兩幅主橋跨中截面應力實測值與理論計算值變化趨勢基本一致，且實測值均小于理論計算值。實測值與計算值比較接近，二者之間的誤差主要是由于混凝土收縮徐變、橋面荷載和溫度變化等因素造成的。另外，應力計算所采用的彈性模量是通過混凝土試件檢測得到的，與實測梁體混凝土的彈性模量有一定誤差。跨中截面應力實測最大值為3.21 MPa，小于理論計算值3.95 MPa，結合其他監(jiān)測斷面主梁上緣和下緣的應力對比結果，實測值均小于設計值，說明橋梁處于正常的使用狀態(tài)，橋梁結構安全。

4 結語

通過分析案例橋梁運營后三年的現場監(jiān)測數據，總結得出了橋梁變形和應力變化規(guī)律，并與理論計算值進行對比分析確定橋梁的穩(wěn)定性，得出以下結論：

（1）撓度隨監(jiān)測時間增加而增加，增速逐漸趨緩，主橋中間兩跨跨中截面產生的撓度最大，且監(jiān)測三年后進入平穩(wěn)發(fā)展階段，但仍需加強監(jiān)測。

（2）橋梁跨中截面和墩頂截面應力隨監(jiān)測時間增加而增加，增速逐漸趨緩，且跨中截面主梁下緣所產生的應力較大。

（3）通過對比分析，現場實測撓度和應力值均小于理論計算值，且二者變化規(guī)律相同，說明橋梁處于正常的使用狀態(tài)，橋梁結構穩(wěn)定安全。

參考文獻

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收稿日期：2023-07-10