[摘要]本文通過(guò)對(duì)岳陽(yáng)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(guò)程中產(chǎn)生裂縫的原因，通過(guò)對(duì)該橋頂推全過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)，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(guò)程，可以說(shuō)已逐趨完善，但對(duì)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(guò)程中存在著局部開(kāi)裂的現(xiàn)象（如箱梁梗腋處，有十頂九裂之稱(chēng)），引起了設(shè)計(jì)和施工單位的關(guān)注。岳陽(yáng)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(chǎng)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(kāi)裂的原因，并對(duì)該大橋的頂推箱梁的設(shè)計(jì)提出了建議，現(xiàn)場(chǎng)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(duì)岳陽(yáng)洞庭湖大橋頂推梁采用全板空門(mén)板單元和局部空間塊體無(wú)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?jiǎn)卧鐖D1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(duì)箱梁頂推全過(guò)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(duì)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(wú)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(guò)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(lái)的頂、底板和腹板的受力來(lái)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(duì)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(shuō)明縱、橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)便膠的局部應(yīng)力影響不大，而豎向預(yù)應(yīng)力對(duì)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(guò)50號(hào)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(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，滑板寬度對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)抗扭和減小應(yīng)力集中均有好處。針對(duì)不同的梗腋尺寸，進(jìn)行局部應(yīng)力分析，其結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，不同的梗腋尺寸對(duì)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(hào)混凝土的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度2.45MPa，但對(duì)工程量增加并不多。

三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及觀察結(jié)果
岳陽(yáng)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(guò)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(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)。
在箱梁內(nèi)預(yù)埋鋼弦式絕對(duì)應(yīng)力計(jì)，施工過(guò)程中，對(duì)箱梁的縱、橫向應(yīng)力進(jìn)行了全面的監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：①除了箱梁底板橫向測(cè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)跨中時(shí)和梗腋位置測(cè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)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(cè)點(diǎn)即便在最不利工況下，尚有2.5MPa左右的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。②該橋頂推用滑板寬度為90cm，按理論計(jì)算過(guò)墩項(xiàng)時(shí)梗腋表面最大橫向拉應(yīng)力為3.5MPa，實(shí)測(cè)應(yīng)力值最大為2.OMPa左右，現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)程中裂縫的發(fā)展。

四、結(jié)論及建議
本文結(jié)合岳陽(yáng)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(duì)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(chǎng)監(jiān)測(cè)，得出以下結(jié)論和建議：
(1）頂推連續(xù)梁在頂推過(guò)墩頂時(shí)箱梁粳腋處會(huì)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(duì)滑板寬度的要求應(yīng)通過(guò)局部應(yīng)力的驗(yàn)算來(lái)確定；
（3）梗腋尺寸的大小對(duì)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(duì)腹板的受力較為有利，但會(huì)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(kāi)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）