肖 健 刘 康

（1.赣州城市投资控股集团有限责任公司，赣州 341000；2.南昌顺凯工程咨询有限公司，南昌 330031）

随着我国经济的腾飞和各项事业的迅猛发展，为缓解交通压力，桥梁和公路的建设需求逐渐增大。混凝土曲线梁桥不仅线形美观，能够适应复杂的路线曲线线形，而且工程造价相对钢结构曲线梁桥更为低廉。混凝土曲线梁桥的养护成本和养护难度均比钢结构曲线梁桥低，因此被广泛应用于城市立交、高速公路曲线段。有时在一些山区道路中，由于地形限制导致的道路平曲线指标较低时，曲线梁桥成为路桥工程师迫不得已用来跨越深沟和道路展线的选择方案。目前，曲线梁桥是现代交通网络中的重要桥型[1-3]。

由于存在桥梁曲率的影响，混凝土曲线梁桥在截面发生竖向弯曲的同时会产生扭转，导致混凝土曲线梁桥的变形比同跨径的直线桥梁大，且外边缘挠度、外侧支反力、外梁荷载均变大，同时内侧支反力降低甚至出现负反力，桥梁支座设置更复杂。此外，曲线梁桥更易出现横向稳定问题，且预应力效应对支反力的分配影响明显[4-7]。混凝土曲线梁桥独特的受力特点导致混凝土曲线梁桥在使用过程中常出现主梁爬移、梁体裂缝、支座横移、脱空及桥墩压溃以及裂缝等病害[8-11]。

混凝土曲线梁桥日益增多的病害及安全事故问题，引来国内外学者和工程技术人员的注意。国内外学者和工程人员先后对混凝土曲线梁桥的病害及安全问题进行了一些有针对性的研究和实践，从设计、施工方面均提出了相应的预防和处置措施[12-14]。例如：设置合理的支承方式，尽量减少独柱墩单支承设计；为了限制桥梁在恒载和活载下的侧向位移，安装侧向弹性限位支座加强下部结构柔度；为了限制预应力产生的侧向位移，非对称设计预应力曲线箱梁桥预应力钢束张拉力，在箱梁内设置方向相反的预应力钢筋；为了减小预应力施工过程中预应力产生的侧向不平衡位移，在预应力时遵循总体对称和内外有别原则，曲线内侧的预应力钢束适当超张拉，而曲线内侧的预应力钢束维持原张拉控制力；在混凝土曲线梁桥施工阶段也应该采取一些侧向临时限位措施，防止桥梁在施工阶段出现侧向滑移[15]。上述研究主要针对混凝土曲线梁桥的受力和设计进行研究，而对于已经通车运营的混凝土曲线梁桥的病害形成机理和影响因素研究较少。

本文对某高速公路互通匝道桥中8座混凝土曲线梁桥在运营过程中出现的主要病害进行调查，分析混凝土曲线梁桥的典型病害，并通过影响因素分析研究桥梁结构典型病害产生的机理。

1 工程概况

某高速于2008年1月建成通车，通过外观检测发现大部分曲线混凝土桥梁存在主梁爬移、梁体裂缝、支座横移、脱空以及裂缝等病害，其中互通A匝道和F匝道桥病害最具代表性。该桥平面在AK0+0.000～AK0+313.770段内位于R=300 m的右偏圆曲线上；在AK0+313.770～AK0+361.770段位于R1=300 m、R2=60 m、A=60 m的缓和曲线上；在AK0+361.770～AK440.821段 位 于R=60 m的 右偏圆曲线上。纵断面位于R=1 000 m的竖曲线上，纵坡为-4%～4%。该桥纵向布置为（5×20） m+（25+2×30+25）m+（3×20+17）m，共分3联。主梁为钢筋混凝现浇箱梁，桥面净宽14 m，桥面设单向2%～6%的横坡。下部结构采用桩柱式桥台、独柱式桥墩以及钻孔灌注桩基础。桥梁设计荷载采用汽车-超20级和挂车-120。A匝道桥出现的病害如表1所示。

表1 桥梁病害总结

图2为该桥位于曲线段第11跨箱梁裂缝展开图。该跨梁底支座均有不同程度的损坏，支座偏位，限位装置钢板断裂或脱落，如图3所示。

图2 A匝道桥箱梁裂缝展开示意图

图3 A匝道桥桥墩限位装置钢板脱落

F匝道桥全长679.72 m，该桥平面位于R=6 987.5 m的圆曲线、A=90 m的缓和曲线和R=80 m的圆曲线上，立面上处于R=2 064.864 m的凹曲线，横坡由2%过渡为6%。共分5联，跨径布置为2×（3×25） m+4×25 m+2×（3×25） m，其中4×25 m联为预应力混凝土连续曲线梁桥，主梁采用等截面连续箱梁，桥梁设计荷载为汽车-超20级和挂车-120。该桥出现的病害见表2。

表2 桥梁病害总结

2 主梁爬移形成机制影响因素分析

2.1 概述

产生上述病害的曲线梁桥，既有因为未结合曲线梁桥的复杂受力特点进行针对性的设计所致，也有因为施工阶段的浇筑、振捣、养生及拆模等环节未根据曲线梁桥的特点而出现不合理的施工操作所致，究其本质是对曲线梁桥的研究认识不透彻，没有完全掌握混凝土曲线梁桥在温度、收缩徐变以及基础沉降等因素下曲线桥梁结构的受力特点。本文以F匝道桥为例，采用有限元数值分析方法对温度、收缩徐变以及基础沉降等因素下曲线桥梁结构横向位移进行分析。

2.2 温度影响

混凝土材料热传导性能差，复杂环境下的温度变化会使混凝土构件各个部分有着不同的温度，这种构件各个部分的温差称为温度梯度。温度梯度效应会导致混凝土材料产生温度梯度变形，对混凝土曲线梁桥的影响复杂。对其在温度作用下的各向偏移进行研究，各墩台在系统升温作用下的各向位移见表3。通过表3可知，混凝土曲线梁桥在温度整体升降温、温度梯度的作用下，将对梁体产生温度内力，并发生显著的纵横向偏移。温度整体升降温为爬移形成的主要原因。其中，若支座形式选取不当，将不利于桥梁的下部结构，导致出现侧向限位挡块、墩柱开裂等曲线梁桥的典型病害。

表3 不同温度作用下桥梁各墩台的各向位移 单位：mm

2.3 收缩徐变影响

工程界已经对混凝土的收缩徐变效应进行了深入研究。收缩徐变效应对混凝土结构力学性能的影响不可忽视。对于混凝土曲线梁桥而言，收缩徐变效应的影响不同于直线梁桥。在不同施工阶段的混凝土曲线梁桥内部的应力状态下，混凝土产生的徐变变形会使后续施工阶段出现约束次内力。根据某曲线梁桥建立施工全过程的有限元模型，考虑混凝土材料的时间依存性，分析混凝土曲线梁桥的内力和变形时，依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004），采用收缩徐变数学模型，采用有限元逐步分析法进行计算，分别计算了收缩徐变终止时间为成桥后3年和10年时收缩徐变对结构的影响，如图4和图5所示。其中，收缩徐变函数采用中国公路桥涵04规范。

图4 各收缩终止时间下横向偏移

图5 各收缩终止时间下纵向偏移

收缩徐变效应对混凝土曲线梁桥的偏移和内力的影响长期存在。混凝土曲线梁桥施工时，应在可控制的成本和进度范围内尽可能提高曲线梁桥的张拉龄期。建议在满堂支架上浇筑完成放置1个月后再进行预应力张拉，以减弱混凝土收缩徐变效应对运营阶段桥梁内力的影响，减少曲线梁桥后期爬移现象的不利影响。

2.4 基础沉降

混凝土曲线梁桥的基础沉降对桥梁受力的影响不可忽视。如果不予以重视，基础产生的沉降特别是墩台间的不均匀沉降可能会对桥梁产生极大危害。通过对该桥1#～3#墩基础单侧分别设置5 mm沉降进行分析。该工况下桥梁位移见表4，可知同一墩位处的基础沉降会对曲线梁桥的横向偏移产生一定影响。因此，桥梁施工运用期间加强支座的检查和养护十分必要。

表4 基础沉降产生的的桥梁位移 单位：mm

3 结论

（1）混凝土曲线梁桥在温度整体升降温、温度梯度作用下将对梁体产生温度内力，并产生显著的纵横向偏移。温度整体升降温为爬移形成的主要原因。其中，若支座形式选取不当，会对桥梁的下部结构产生不利影响，导致出现侧向限位挡块、墩柱开裂等曲线梁桥的典型病害。

（2）收缩徐变效应对混凝土曲线梁桥的偏移和内力的影响是长期存在的。混凝土曲线梁桥施工时，应在可以控制的成本和进度范围内尽可能提高曲线梁桥的张拉龄期。建议在满堂支架上浇筑完成放置至少1个月后再进行预应力钢束的张拉，以减弱混凝土收缩徐变效应对运营阶段桥梁内力的影响，并减少曲线梁桥后期爬移现象的不利影响。

（3）同一墩位处的基础沉降会对曲线梁桥的横向偏移产生一定影响，因此桥梁施工运用期间加强支座的检查和养护十分必要。