惠济河大桥冬歇期位移及应力分析

魏 鑫

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

惠济河大桥由于受施工计划安排及面临实际气候状况（严寒天气，冬季施工难度大且质量难以保证）影响，大桥在施工过程中不能完成合拢，只能进入冬歇期停止施工，待来年气温条件允许才恢复箱梁的悬臂施工。预应力混凝土连续刚构桥是桥墩固结的多次超静定结构，在冬歇期中受梁体自重、混凝土收缩徐变、温差、风荷载、雪荷载等因素的影响，梁体会产生位移，造成主梁下挠及应力发生变化[1]。主梁下挠过大会给桥梁带来安全隐患，给来年合拢带来诸多困难，为此在冬歇期对主梁挠度、主梁应力、桥墩应力、桥墩沉降的监测非常重要，通过监测可以较好地掌握位移及应力的变化情况，预判桥梁的安全性，为来年桥梁预拱度的调整积累数据，使桥梁合拢精度满足设计和规范的要求，桥梁线形满足设计线形。

1 工程概况

惠济河大桥全长492 m，分左右两幅，单幅桥面宽：11 m（行车道）+2×0.5 m（ 防撞护栏）。 主桥上部结构为（55+3×95+55）m悬臂浇筑法施工的预应力混凝土刚构；引桥上部结构为3×30 m先简支后连续装配式预应力混凝土箱梁[2]。下部采用薄壁墩、桩柱式墩，桥台采用轻型桥台、柱式台，基础分别采用灌注桩基础和扩大基础。桥梁总体布置如图1所示。

图1 惠济河大桥总体布置示意图（单位：cm）

悬臂施工的大跨径预应力混凝土连续刚构桥在大悬臂过冬期间，偏载、风荷载、雪荷载对其安全及稳定性影响较大，大桥在长悬臂冬歇期内容易出现诸多问题，如：主梁混凝土收缩徐变产生的不确定性变形，导致桥梁线形偏离原有控制状态，改变桥梁原有受力状态，使后期线形控制难度加大，最终可能使合拢后桥梁的受力状态发生变化；桥梁裸露混凝土产生冻伤害导致结构强度降低，受冻混凝土在气温回升后还会造成混凝土冻融破坏，使主梁产生结构性裂缝等病害；主梁在风雪等恶劣天气作用下出现挠度过大、扭转等较大变形；主梁及主墩应力过大，导致主梁、桥墩出现裂缝等病害；桥墩在大风天气影响下，出现不均匀的较大沉降等[3-4]。

惠济河大桥在冬歇期中最短悬臂块为右幅2号墩6号块，悬臂长度为26.5 m，最长悬臂块为左幅4号墩9号块，悬臂长度为38.5 m。大桥所在地冬季寒冷、风力较大、降雪量大，桥梁悬臂长度大，给桥梁过冬带来安全隐患。根据冬歇期监控方案，冬歇期为4.5个月，在冬歇期内对全桥位移及应力进行了4次观测，分别为冬歇期1（2010年11月18日），冬歇期2（2010年12月11日），冬歇期3（2011年1月7日），冬歇期 4（2011年 2月 18日）。

2 主梁挠度监测

2.1 主梁挠度测点布置

在每个“T”构每个节段悬臂端以箱梁中线为基准对称布置2个挠度测点，主梁挠度布置如图2所示。

图2 主梁挠度测点平面布置图

2.2 主梁挠度监测结果

表1 右幅2号墩主梁累计变形汇总表 mm

表2 左幅4号墩主梁累计变形汇总表 mm

图3 右幅2号墩主梁累计变形值对比图

图4 左幅4号墩主梁累计变形值对比图

通过表1、表2和图3、图4可以看出：

a）冬歇期2与冬歇期1相比较，右幅2号墩、左幅4号墩主梁出现上挠，且越靠近悬臂端部上挠越大，其中右幅2号墩大里程测最大上挠值为2.83 mm，小里程测最大上挠值为4.72 mm；左幅4号墩大里程测最大上挠值为6.85 mm，小里程测最大上挠值为3.55 mm。悬臂长度越长上挠值越大，分析原因为此阶段预应力效应对梁体的影响较大，使梁体产生上挠。

b）冬歇期3与冬歇期2相比较，右幅2号墩大里程测出现上挠、小里程测出现下挠，最大上挠值为4.55 mm，最大下挠值为2.55 mm；左幅4号墩大里程测出现下挠、小里程测出现上挠，最大上挠值为6.15 mm，最大下挠值为2.50 mm；分析原因为冬歇期3处于当地最寒冷的时候，气温较低，且降雪量大，此时由于温度效应、风荷载、雪荷载等影响因素的叠加导致梁体出现上挠和下挠现象。

c）冬歇期4与冬歇期3相比较，右幅2号墩、左幅4号墩主梁出现下挠，其中右幅2号墩大里程测最大下挠值为8.43 mm，小里程测最大下挠值为8.17 mm；左幅4号墩大里程测最大下挠值为11.4 mm，小里程测最大下挠值为8.65 mm。分析原因为此阶段预应力效应对梁体的影响在逐步减弱，随着气温的回升、日照时间的加长使主梁出现下挠。

d）冬歇期4与冬歇期1相比较，右幅2号墩、左幅4号墩大里程测主梁出现下挠，左幅4号墩小里程测主梁出现上挠，其中右幅2号墩大里程测最大下挠值为1.05 mm，小里程测最大下挠值为5.90 mm；左幅4号墩大里程测最大下挠值为7.05 mm，小里程测最大上挠值为1.05 mm。在冬歇期内右幅2号墩、左幅4号墩主梁以下挠为主，最大下挠值为7.05 mm，下挠值较小，桥梁结构安全可控。

3 主梁应力监测

3.1 主梁应力测点布置

全桥主梁共布设6个应力测试断面，每个断面布设6个应力测试点，其中顶板底板各3个，主梁应力测试断面如图5所示。

图5 主梁应力测点布置图

3.2 主梁应力监测结果

表3 主梁各断面累计应力汇总表 MPa

通过表3可以看出：

在整个冬歇期内主梁各断面累计应力变化值都比较小，最大变化值为0.56 MPa，桥梁结构安全可控。

4 桥墩应力监测

对已布设的2号墩和3号墩的墩底应力断面进行监测。

实测结果表明，两墩墩底各测点实测应力全部为压应力，在此时间段内变化值较小，表明2号和3号墩受力处在安全范围内。冬歇期结束后2号和3号桥墩的根部墩身累计应力变化值2号墩为0.35 MPa，3号墩为0.51 MPa，处于安全范围内。

5 桥墩沉降监测

对已布设的2号和3号桥墩承台沉降观测点进行监测。沉降观测点如图6所示。

图6 桥墩沉降观测点

对2号和3号桥墩沉降进行监测。实测结果表明，两墩沉降数值较小，墩身沉降累计最大沉降变化值为-0.4 mm，变形可控，处于安全范围内。

6 结语

a）通过对惠济河大桥在冬歇期内主梁挠度、主梁应力、桥墩应力、桥墩沉降监测，可以及时掌握桥梁在冬歇期内的变形情况，评估桥梁在冬歇期内的安全性，为类似桥梁施工监控提供宝贵经验，同时也验证了惠济河大桥冬歇期监测方案的科学性和可行性。

b）惠济河大桥在冬歇期早期预应力效应对梁体的影响较大，使梁体产生上挠效应，悬臂长度越长上挠值越大。中期由于温度效应、风荷载、雪荷载等影响因素的叠加导致梁体出现上挠和下挠现象。后期预应力效应对梁体的影响在逐步减弱，随着气温的回升、日照时间的加长使主梁出现下挠。

c）在整个冬歇期内主梁挠度、主梁应力、桥墩应力、桥墩沉降变化值都比较小，桥梁结构安全可控。