连续梁桥交接墩偏移影响因素分析

王争 田世清

摘要：

关键词：连续梁；交接墩偏移；影响因素

1.工程背景

重庆地处山岭重丘区，山高谷深，弯、坡及高墩桥梁相对较多。部分连续梁坡桥交接墩先后出现如：盆式橡胶支座支座超限滑移、墩柱向上坡方向偏移、墩身地面以上局部出现大量环向裂缝等病害，最严重的梁体几乎掉在盖梁上。这些病害桥梁分布较为广泛，在石忠、彭武、渝邻等多条高速公路和石柱、万州等多条地方公路均有出现，严重威胁桥梁运营安全。为此，学者和工程师们做了大量的病害调查和分析研究工作，论述了病害原因和处治措施，为桥梁建设和养护维修提供了宝贵的经验。笔者对这些著述深入研究，发现还有问题未有答案，如：为什么交接墩偏移量与桥梁纵坡大小不成比例？带着这个问题，笔者进行了深入的调查、计算、分析工作。

2.病害调查结果

共调查了出现前述病害的19座桥梁、34个交接墩和344个支座，汇总统计支座及墩柱存在的主要缺陷和病害如下。

2.1支座安装缺陷

1）支座未按照设计位置安装。表现在：

（1）同排支座中心横向未在一条直线上，有的靠前，有的靠后；

（2）支座顶板中心与支座中心偏离较大。

2）支座顶板安装不水平，即支座滑动面（支撑面）不水平。主要是因为预制梁体时未对梁底预埋钢板进行调坡，直接摆放在底座上而与梁底成一个面，在设计有纵坡的情况下安装梁体时也未对支座顶板与梁底预埋钢板之间进行调坡处理而形成的；

3）支座底板安装不水平。这主要是由于支座垫石顶面不水平且安装支座时也未进行调平处理而产生的；

2.2支座使用期间形成的病害

1）支座异常滑移；

2）支座被剪切破坏。

2.3墩柱病害

1）交接墩沿着纵向向上坡方向偏移；

2）偏移严重的墩柱混凝土表面出现大量裂缝。

2.4某高速公路桥梁支座相关病害调查统计情况见表1。

3.连续梁交接墩偏移量影响因素分析

3.1影响交接墩偏移量的因素识别

引起墩柱偏移的原因主要是水平分力和温度力，墩柱偏移值的大小又与推力大小、墩高、墩径关系密切，各因素对墩柱偏移影响如图3.1。

图3.1墩柱偏移量影响因素关系图

3.2支撑面实际坡度i的影响分析

调查显示，支座支撑面实际坡度与桥梁设计纵坡是不一致的，有的大，有的小，且没有规律性。同一桥墩上的两排支座顶板坡度大多不一致。同一桥梁相同纵坡的左右两幅中相同墩号上的支座顶板坡度也不相同。

设计纵坡大的桥，顶板实际坡度i可能较小。如芹菜坝大桥，设计纵坡-4%，右幅3#墩支座顶板坡度实际为前排-3.4%，后排-3.08%。

设计纵坡小的桥，支座顶板实际坡度可能较大。如楠花1#桥，设计纵坡1.03%，右幅4#墩支座顶板坡度实际为前排4.6%，后排4.1%。

根据受力分析，墩柱受到的水平推力 （ 为i对应的夹角），由此可知，支座顶板坡度i的大小，影响桥墩受到水平推力的大小。对某一桥墩来讲，i越大，桥墩受到向上坡方向的水平推力越大，桥墩偏移量也越大；i越小，桥墩受到向上坡方向的水平推力越小，桥墩偏移量也越小。

3.3桥梁上部荷载G的影响分析

桥梁上部荷载包括恒载、活载和制动力。一般来讲，对相同跨径和相同结构形式的桥梁，上部荷载基本是相同的，但也会受施工质量控制的差异，形成较小的差别。如果结构形式不同，或者桥梁跨径不同，上部荷载差别就会比较大。根据水平推力公式，在存在i的情况下，G越大，桥墩受到的水平推力越大，桥墩偏移量也越大；G越小，桥墩受到的水平推力越小，桥墩偏移量也越小。

3.4摩擦系数μ的影响分析

梁体安装后，由于支座顶板、底板实际坡度并不水平且不一致，造成支座脱空和局部受压。支座脱空程度不一，各个支座的摩擦系数μ是不同的，两排支座的平均摩擦系数也可能是不相同的。从表1中可以看出，同一墩上两排支座顶板滑移量大多不一样，说明四氟板受剪切破坏也是有时间先后的，四氟滑板的局部破坏，也会改变摩擦系数μ。

墩柱偏移滑动时，上部荷载产生的摩擦力对其有抑制作用。摩擦系数μ越大，摩擦力越大，对桥墩偏移的抑制作用越大，桥墩偏移量可能越小；μ越小，摩擦力越小，对桥墩偏移的抑制作用越小，桥墩偏移量可能越大。

3.5墩径r的影响分析

桥墩直径r是反映桥墩刚度的重要指标，对某一桥墩来讲，r越大，刚度越大，抗弯能力越强，r越小，刚度越小，抗弯能力越弱。R的大小与墩高和上部荷载等因素有关系，一般按照长细比来控制，不是根据桥梁纵坡大小来决定的。也就是说，桥墩的偏移量不会因为纵坡而成规律性变化。对某一橋墩来讲，当其他因素确定时，r越大，桥墩偏移量越小；r越小，桥墩偏移量越大。

3.6墩高h的影响分析

桥墩的高度h只受地形的影响，不会与纵坡有直接关系。h也是影响桥墩刚度的因素之一，在墩径和外力因素相同时，h越大，刚度越小，抗推能力也越小，桥墩偏移量越大；，h越小，刚度越大，抗推能力也越大，桥墩偏移量越小。

3.7支座中心安装偏离值y的情况分析

除了安装温度调整外，规范要求支座顶板和支座中心应无偏离。事实上对于受调查的桥梁来讲，支座顶板中心安装均存在较大的偏离值，最大达到了7cm。顶板中心偏离实际上相当于减小了支座的允许滑移量。支座顶板中心安装偏离与桥梁纵坡没有必然关系，是由施工控制引起的，偏离值的大小具有偶然性。偏离值越大，实际允许滑移量越小，四氟滑板越容易被早期破坏，墩柱越容易发生在温度力作用下的严重偏移。

3.8温度力T的影响分析

当支座顶板滑入四氟滑板后，推动桥墩偏移的主要是温度力。温度力与温差有关系，一个是温差大小，二个是温度变化频率。频率意味着对墩柱推动的次数多少，温差意味着每次推动位移的大小。由于温差作用下梁体长度的变化与温差存在线性关系，所以跨径越大受温差的影响越大。一般来讲，只要温度力T开始推动桥墩偏移时，桥墩的偏移量就会越来越大。

4.分析结论

通过前面的分析可知，桥墩偏移值并不是与桥梁纵坡成简单比例关系，而是受多种因素共同影响。包括支座支撑面实际坡度i、桥梁上部荷载G、摩擦系数μ、墩径r、墩高h、支座中心安装偏离值y和温度力T等，这些量任何一个发生改变时，墩柱都有不同的偏移值。如果针对某座桥某个墩，当支座顶板未滑入四氟滑板内时，桥墩偏移量则与i、G、μ、r、h有关；当支座四氟滑板被剪切破坏时，桥墩偏移量则与温度力T有关；支座中心安装偏离值y的大小是影响支座允许滑移量的因素，对顶板是否滑入四氟滑板内有直接联系。综合来看，支座支撑面坡度大的桥墩，可能因为支座顶板中心偏离较小、墩高较小、支座局部脱空程度不一而引起摩擦系数不一样等因素，而未发生较大偏移。

同座桥同坡度的左右幅桥墩，可能因为支座顶板实际坡度不一样、支座顶板中心偏离值不一样、墩高不一样、墩径不一样、支座局部脱空程度不一而引起摩擦系数不一样等因素，而偏移程度不一样。