某曲线连续梁桥支座脱空成因分析及解决方案

叶元芬 高云峰

1 概况

某互通匝道桥上跨主线，平面位于 R=180 m左偏圆曲线上，其上部结构采用3×36 m预应力混凝土连续箱梁，桥墩采用花瓶形方柱墩配桩基础，桥台采用桩柱式桥台。主梁为单箱单室截面，梁高2 m，顶宽8 m，底宽3 m，斜腹板。两中间墩采用单支座，设置预偏心0.2 m，两边墩采用双支座，支座间距1.8 m。

本桥采用满堂支架施工，在钢束张拉完毕，拆除底模时，出现边墩曲线内侧支座上、下钢板分离，支座脱空现象，曲线外侧支座也因为受压过大已经有所变形;中墩处单支座由于梁体翻转产生不均匀变形。

2 支座脱空成因分析

本联桥跨越主线道路，为了达到较好的景观效果，中间桥墩的布置方向保持和主线一致，同时为了保证上构箱梁为正桥，中间墩墩顶设置单支座。曲线梁与直线梁的主要区别在于曲线梁具有如下特征:1)外缘弯曲应力大于内缘弯曲应力;2)外缘挠度大于内缘挠度且随着曲率半径的减小，挠度差不断增大;3)无论恒载还是可变荷载都会产生扭矩，曲线梁总是处于“弯、扭耦合”的受力状态下。

通过采用大型空间程序迈达斯2006(Midas/Civil 2006)对本联桥计算分析得出在预应力次内力作用下箱梁扭矩较大，直接导致过渡墩处曲线内侧支座脱空。在自重及预应力作用下各支座反力见表1。

表1 自重及预应力作用下各支座反力 kN

通过理论分析与结构计算，笔者认为本联桥支座脱空主要原因有以下两点:

1)本联桥位于曲线范围，预应力次内力产生的箱梁扭矩较大，虽然两中间墩均设置了0.2 m预偏心，但由于中间桥墩的独柱单点支承方式不能有效地抵抗上部结构的扭矩，而只能由曲线梁桥的两端设置的双支座来承担，在此情况下，连续梁桥的受扭跨度大大增长，直接等于连续梁的全长而不是单孔长度，导致连续梁的两端支承处产生过大的扭矩。

2)上构箱梁为了美观，设计为斜腹板，底板宽度只有3 m，致使连续梁两端支座横向间距偏小，从而成为导致本联桥支座脱空的另一个主要原因。

3 解决方案拟定

从前面的分析可知，若要克服由预应力次内力产生的扭矩，最行之有效的方法就是缩短桥梁的受扭跨度及尽量加大过渡墩支座横向间距。结合本联桥实际情况拟采用如下解决方案:

1)将中间桥墩(C4及C5)的单支座支承形式改为双支座支承，并保持原有偏心不变，支座间距设置为1.8 m。

2)将C3号及C6号过渡墩上支座的支承间距由1.8 m调整为2.0 m。

4 结构分析

4.1 计算模型

为了确保施工及运营阶段结构安全可靠，对拟定的方案采用迈达斯2006进行结构分析，全桥计算共划分128个空间梁单元。

4.2 计算参数及结果

1)主梁C50混凝土容重按26 kN/m3计，二期恒载(桥面铺装及护栏)按40 kN/m考虑。2)汽车荷载:公路Ⅰ级，偏向曲线外侧布载，单向行驶。3)基础不均匀沉降:1 cm。4)温度荷载:体系升温20℃;体系降温20℃;箱梁日照正温差:T1=14℃，T2=5.5℃;箱梁日照负温差:T1=-7℃，T2=-2.75℃。5)离心力系数:C=0.07。

经过计算，顶升更换支座后，支座最小反力为232 kN(压力)。施工单位精心组织，严格控制施工程序，可以很好地解决目前支座脱空问题。

5 施工步骤

顶升梁体共分为三个大的步骤:1)将发生翻转的梁体顶推还原到设计位置。2)将上构箱梁进行整体顶升，移除原有支座后安装新设置的支座。3)落梁。施工流程如图1所示。

6 结语

在曲线梁桥结构设计中，应对其进行全面整体的空间受力计算分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下，结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。

[1] 邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 孙广华.曲线梁桥计算[M].北京:人民交通出版社，1997.

[3] 陈小兵，戴松柏，丁建明，等.匝道桥曲线箱梁翘曲整治方法[J].交通标准化，2007(4):104-106.

[4] 孙宗光，孙占琦，李晓飞.曲线连续梁桥侧向失稳破坏机理与行为分析[J].公路交通科技，2006，23(7):68-72.