[摘要]本文通過對岳陽洞庭湖大橋50m跨徑全斷面頂推連續梁橋進行空間局部應力分析，較詳細地分析了箱梁梗腋處在頂推過程中產生裂縫的原因，通過對該橋頂推全過程的現場跟蹤監測，得出了可供今后頂推連續梁橋設計和施工參考的建議和結論。
關鍵詞 頂推連續梁 局部應力

一、前言
頂推施工方法經歷了30多年的發展過程，可以說已逐趨完善，但對于大跨度全斷面頂推預應力混凝土連續梁橋，頂推過程中存在著局部開裂的現象（如箱梁梗腋處，有十頂九裂之稱），引起了設計和施工單位的關注。岳陽洞庭湖大橋東引橋為 10 X 50＝ 500m單箱單室頂推連續梁，箱寬20m，梁厚3.5米，采用大跨度、全斷面、柔性墩多點頂推施工工藝，為此，我們結合該橋，進行理論分析和現場試驗，從空間有限元分析的結果中找出了箱梁梗腋處開裂的原因，并對該大橋的頂推箱梁的設計提出了建議，現場試驗表明效果較好，避免了裂縫的產生。

二、頂推連續架空間局部應力分析
1．空間有限元模型及其假定
為了比較精確和真實地反映箱梁各部分局部應力，對岳陽洞庭湖大橋頂推梁采用全板空門板單元和局部空間塊體無兩種模型，利用 Super SAP空間有限元程序進行分析。
（1）模型假定
a．忽略縱向預應力沿橋軸線方向大小的變化；
b．忽略橫向預應力彎曲部分徑向力的作用，將其視為直線預應力筋；
c．計算中將整個結構視為勻質彈性體，忽略普通鋼筋的影響。
（2）鋼導梁計算模型
鋼導梁的兩片工字鋼主梁采用板單元模擬；而起增大橫向剛度及縱向穩定的上、中、下平聯則采用梁單元，如圖1所示。

（3）混凝土主梁計算模型
利用空間板單元建立箱梁模型，如圖2所示。可以對箱梁頂推全過程進行各種工況的應力分析。

（4）局部應力分析模型
先利用全橋模型對主梁的最不利狀態進行受力分析，然后再截取墩頂上的一段，采用空間塊體無模擬，進行局部應力分析。考慮到梗腋部分受力的復雜性，將底、腹、頂板部分分為兩層進行分析，如圖3所示。

2．荷載處理
全橋頂推過程計算時，考慮結構自重及三向預應力的作用，其中預應力的大小按規范計及預應力損失后加在相應的節點上。
局部應力分析時，局部模型兩端的剪力和彎矩大小則根據相應位置全橋模型計算出來的頂、底板和腹板的受力來確定，然后將其作為外力邊界條件施加在局部模型的兩端。
3．局部應力計算結果
分析中考慮預應力、滑板尺寸及模腋尺寸和腹板傾角等幾種情況對梗腋處局部應力的影響。
（1）預應力影響
按三種工況考慮：
工況一：只考慮自重作用，不考慮預應力；
工況二：考慮自重和縱、橫向預應力；
工況三：考慮自重和縱、橫向及豎向預應力。
取滑板寬度為90cm（實橋為此尺寸）時，三種工況墩頂處便腋表面的主拉應力速線分別如圖4～6所示。
從圖4～圖6可以看出，最大主拉應力，工況一為2.5MPa；工況二為 2.7MPa；工況三為3.5MPa，工況一與工況二相差僅為0.2MPa，而工況三與前二者相差較大。這說明縱、橫向預應力對便膠的局部應力影響不大，而豎向預應力對梗腋處的主拉應力影響較大，但不論哪種情況，梗腋處的主拉應力均較大，已超過50號混凝土的抗拉設計強度 2.45MPa。

（2）滑板寬度影響
在荷載工況工作用下，滑板寬度采用50cm，70cm，90cm和118cm四種情況下梗腋處的最大主拉應力計算見表1。

從表1可見，滑板寬度對梗腋的主拉應力影響很大，滑板越窄主拉應力越大，反之越小。因此，在實際工程中適當加寬滑板寬度有利于改善梗腋處的受力。
（3）梗腋尺寸的影響

在箱梁頂板、底板與腹板連接處設置梗腋（承接）是十分必要的，對結構抗扭和減小應力集中均有好處。針對不同的梗腋尺寸，進行局部應力分析，其結果見表2。

從表2可以看出，不同的梗腋尺寸對其主拉應力影響較大，只要稍微加大梗便腋的尺寸，可使梗腋處的最大主拉應力值降低較多。如后兩種情況的主拉應力值小于50號混凝土的設計抗拉強度2.45MPa，但對工程量增加并不多。

三、現場試驗及觀察結果
岳陽洞庭湖大橋的頂推連續梁采用大跨度、全斷面、柔性域多點頂推工藝，箱梁局部應力，尤其是梗腋部分在頂推過程中受力較為復雜，為了探討梗腋"十頂九裂"現象，在理論分析的基礎上，結合施工進行了現場跟蹤監測。
在箱梁內預埋鋼弦式絕對應力計，施工過程中，對箱梁的縱、橫向應力進行了全面的監測。通過監測發現：①除了箱梁底板橫向測點經過跨中時和梗腋位置測點經過墩頂時出現了1.0～2.OMPa的拉應力，其余均為壓應力，而且所有縱向測點即便在最不利工況下，尚有2.5MPa左右的壓應力儲備。②該橋頂推用滑板寬度為90cm，按理論計算過墩項時梗腋表面最大橫向拉應力為3.5MPa，實測應力值最大為2.OMPa左右，現場也未發現梗腋處有裂縫產生，這主要是設計院和施工單位總結了過去的經驗，并在理論分析的基礎上，采取了加大底板梗腋尺寸、在梗腋處加密分布鋼筋等措施。從而有效地避免頂推過程中裂縫的發展。

四、結論及建議
本文結合岳陽洞庭湖大橋大跨度全斷面頂推連續梁，采用 Super SAP空間有限元對箱梁梗腋處的應力進行了較詳細的分析，并進行了現場監測，得出以下結論和建議：
(1）頂推連續梁在頂推過墩頂時箱梁粳腋處會產生較大的拉應力，這是導致"十頂九裂"的主要原因；
（2）梗腋部位表面主拉應力的大小與頂推滑板的寬度密切相關，建議各不同頂推梁對滑板寬度的要求應通過局部應力的驗算來確定；
（3）梗腋尺寸的大小對此處應力影響較大，計算表明在便腋面積增大不多的情況下，可使得該部位應力狀態得到明顯的改善；
(4）盡管豎向預應力對腹板的受力較為有利，但會使梗腋部位的拉應力增大，建議在設計中加以考慮；
（5）為了防止梗膠開裂，建議采取適當加大梗腋尺寸和滑板寬度，并加密梗腋處分布鋼筋的措施。

參考文獻
[1]湯俊生．PC梁頂推施工技術的回顧與展望．橋梁建議．1996（11）