[摘要]本文通過對岳陽洞庭湖大橋50m跨徑全斷面頂推連續(xù)梁橋進(jìn)行空間局部應(yīng)力分析，較詳細(xì)地分析了箱梁梗腋處在頂推過程中產(chǎn)生裂縫的原因，通過對該橋頂推全過程的現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測，得出了可供今后頂推連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)和施工參考的建議和結(jié)論。
關(guān)鍵詞 頂推連續(xù)梁 局部應(yīng)力

一、前言
頂推施工方法經(jīng)歷了30多年的發(fā)展過程，可以說已逐趨完善，但對于大跨度全斷面頂推預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，頂推過程中存在著局部開裂的現(xiàn)象（如箱梁梗腋處，有十頂九裂之稱），引起了設(shè)計(jì)和施工單位的關(guān)注。岳陽洞庭湖大橋東引橋?yàn)? 10 X 50＝ 500m單箱單室頂推連續(xù)梁，箱寬20m，梁厚3.5米，采用大跨度、全斷面、柔性墩多點(diǎn)頂推施工工藝，為此，我們結(jié)合該橋，進(jìn)行理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，從空間有限元分析的結(jié)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(shè)計(jì)提出了建議，現(xiàn)場試驗(yàn)表明效果較好，避免了裂縫的產(chǎn)生。

二、頂推連續(xù)架空間局部應(yīng)力分析
1．空間有限元模型及其假定
為了比較精確和真實(shí)地反映箱梁各部分局部應(yīng)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(jìn)行分析。
（1）模型假定
a．忽略縱向預(yù)應(yīng)力沿橋軸線方向大小的變化；
b．忽略橫向預(yù)應(yīng)力彎曲部分徑向力的作用，將其視為直線預(yù)應(yīng)力筋；
c．計(jì)算中將整個(gè)結(jié)構(gòu)視為勻質(zhì)彈性體，忽略普通鋼筋的影響。
（2）鋼導(dǎo)梁計(jì)算模型
鋼導(dǎo)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(wěn)定的上、中、下平聯(lián)則采用梁單元，如圖1所示。

（3）混凝土主梁計(jì)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(jìn)行各種工況的應(yīng)力分析。

（4）局部應(yīng)力分析模型
先利用全橋模型對主梁的最不利狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行局部應(yīng)力分析。考慮到梗腋部分受力的復(fù)雜性，將底、腹、頂板部分分為兩層進(jìn)行分析，如圖3所示。

2．荷載處理
全橋頂推過程計(jì)算時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)自重及三向預(yù)應(yīng)力的作用，其中預(yù)應(yīng)力的大小按規(guī)范計(jì)及預(yù)應(yīng)力損失后加在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。
局部應(yīng)力分析時(shí)，局部模型兩端的剪力和彎矩大小則根據(jù)相應(yīng)位置全橋模型計(jì)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(yīng)力計(jì)算結(jié)果
分析中考慮預(yù)應(yīng)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(yīng)力的影響。
（1）預(yù)應(yīng)力影響
按三種工況考慮：
工況一：只考慮自重作用，不考慮預(yù)應(yīng)力；
工況二：考慮自重和縱、橫向預(yù)應(yīng)力；
工況三：考慮自重和縱、橫向及豎向預(yù)應(yīng)力。
取滑板寬度為90cm（實(shí)橋?yàn)榇顺叽纾r(shí)，三種工況墩頂處便腋表面的主拉應(yīng)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(yīng)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(yù)應(yīng)力對便膠的局部應(yīng)力影響不大，而豎向預(yù)應(yīng)力對梗腋處的主拉應(yīng)力影響較大，但不論哪種情況，梗腋處的主拉應(yīng)力均較大，已超過50號混凝土的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)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(yīng)力計(jì)算見表1。

從表1可見，滑板寬度對梗腋的主拉應(yīng)力影響很大，滑板越窄主拉應(yīng)力越大，反之越小。因此，在實(shí)際工程中適當(dāng)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(shè)置梗腋（承接）是十分必要的，對結(jié)構(gòu)抗扭和減小應(yīng)力集中均有好處。針對不同的梗腋尺寸，進(jìn)行局部應(yīng)力分析，其結(jié)果見表2。

從表2可以看出，不同的梗腋尺寸對其主拉應(yīng)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(yīng)力值降低較多。如后兩種情況的主拉應(yīng)力值小于50號混凝土的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度2.45MPa，但對工程量增加并不多。

三、現(xiàn)場試驗(yàn)及觀察結(jié)果
岳陽洞庭湖大橋的頂推連續(xù)梁采用大跨度、全斷面、柔性域多點(diǎn)頂推工藝，箱梁局部應(yīng)力，尤其是梗腋部分在頂推過程中受力較為復(fù)雜，為了探討梗腋"十頂九裂"現(xiàn)象，在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測。
在箱梁內(nèi)預(yù)埋鋼弦式絕對應(yīng)力計(jì)，施工過程中，對箱梁的縱、橫向應(yīng)力進(jìn)行了全面的監(jiān)測。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：①除了箱梁底板橫向測點(diǎn)經(jīng)過跨中時(shí)和梗腋位置測點(diǎn)經(jīng)過墩頂時(shí)出現(xiàn)了1.0～2.OMPa的拉應(yīng)力，其余均為壓應(yīng)力，而且所有縱向測點(diǎn)即便在最不利工況下，尚有2.5MPa左右的壓應(yīng)力儲備。②該橋頂推用滑板寬度為90cm，按理論計(jì)算過墩項(xiàng)時(shí)梗腋表面最大橫向拉應(yīng)力為3.5MPa，實(shí)測應(yīng)力值最大為2.OMPa左右，現(xiàn)場也未發(fā)現(xiàn)梗腋處有裂縫產(chǎn)生，這主要是設(shè)計(jì)院和施工單位總結(jié)了過去的經(jīng)驗(yàn)，并在理論分析的基礎(chǔ)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(fā)展。

四、結(jié)論及建議
本文結(jié)合岳陽洞庭湖大橋大跨度全斷面頂推連續(xù)梁，采用 Super SAP空間有限元對箱梁梗腋處的應(yīng)力進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，并進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，得出以下結(jié)論和建議：
(1）頂推連續(xù)梁在頂推過墩頂時(shí)箱梁粳腋處會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這是導(dǎo)致"十頂九裂"的主要原因；
（2）梗腋部位表面主拉應(yīng)力的大小與頂推滑板的寬度密切相關(guān)，建議各不同頂推梁對滑板寬度的要求應(yīng)通過局部應(yīng)力的驗(yàn)算來確定；
（3）梗腋尺寸的大小對此處應(yīng)力影響較大，計(jì)算表明在便腋面積增大不多的情況下，可使得該部位應(yīng)力狀態(tài)得到明顯的改善；
(4）盡管豎向預(yù)應(yīng)力對腹板的受力較為有利，但會使梗腋部位的拉應(yīng)力增大，建議在設(shè)計(jì)中加以考慮；
（5）為了防止梗膠開裂，建議采取適當(dāng)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(xiàn)
[1]湯俊生．PC梁頂推施工技術(shù)的回顧與展望．橋梁建議．1996（11）