廖小文，崔相奎

(1.深圳高速工程顧問有限公司;2.遼寧省高等級公路建設(shè)局)

1 前言

PC連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊頂板縱向開裂現(xiàn)象較多，其主要原因有:(1)為承受施工過程中較大臨時荷載，0#塊頂板厚度較其它位置箱梁頂板大很多，而防止0#塊頂板縱向開裂的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)計確和其它位置一樣，這種設(shè)計明顯不合理，不能有效防止0#塊頂板開裂。(2)傳統(tǒng)形式的橫隔板影響了0#塊頂板的受力性能，即影響了0#塊頂板橫向預(yù)應(yīng)力的作用效果，使得0#塊頂板沒有足夠的壓應(yīng)力儲備，約束了0#塊頂板在負(fù)溫差作用下的收縮變形，以致箱梁頂板產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。因此，防止0#塊頂板縱向開裂就要改進(jìn)0#塊頂板橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計和墩頂橫隔板形式。就不同墩頂橫隔板形式對頂板受力性能的影響進(jìn)行研究。

為充分發(fā)揮橫隔板增加截面抗扭剛度，限制截面畸變變形，擔(dān)負(fù)支承反力的作用，減小橫隔板對其附近梁段頂板受力性能不利影響，墩頂橫隔板形式改進(jìn)方案有:(1)減小與頂板相交部位橫隔板的厚度，將墩頂橫隔板設(shè)計成變厚度形式，以減小橫隔板剛度，降低橫隔板對頂板的約束作用。(2)將與頂板相交部位橫隔板掏空，以改變0#塊頂板的約束條件。

為分析墩頂橫隔板對0#塊頂板受力性能的影響及得到較優(yōu)橫隔板改進(jìn)方案，就橫隔板形式改進(jìn)后頂板的受力情況與不設(shè)橫隔板及傳統(tǒng)形式的橫隔板下頂板的受力情況進(jìn)行比較。分析中忽略橫隔板上過人洞對計算結(jié)果的影響。

2 有限元模型的建立

(1)結(jié)構(gòu)離散

根據(jù)圣維南原理，0#塊的應(yīng)力分布只與鄰近區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，遠(yuǎn)離0#塊區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)對其應(yīng)力影響很小，所以取出橋墩、0#塊及1#塊建立三維實體單元有限元模型，單元劃分如圖1所示。

(2)計算荷載(作用)

①預(yù)應(yīng)力荷載。建模時考慮頂、腹板縱向預(yù)應(yīng)力荷載。以等效節(jié)點力模擬預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，考慮15%的預(yù)應(yīng)力損失。

②梁端截面內(nèi)力。按平面程序計算結(jié)果，梁端截面彎矩取439 969 700 N·m，剪力取60 706 600 N，軸力取543 699 500 N，等效施加到兩梁端截面結(jié)點上。

③二期恒載。以橋面面力模擬，值為3 400 N/m2。

④溫度作用。橋面降溫5℃。

(3)約束條件

取墩底固定約束，即三個方向的線位移均為零。

(4)墩頂橫隔板形式

為分析墩頂橫隔板對0#塊頂板受力性能的影響及得到較優(yōu)橫隔板改進(jìn)方案，選取五種模型進(jìn)行分析。第一種模型墩頂不設(shè)橫隔板。第二種模型設(shè)計成變截面橫隔板，橫隔板頂部為底部1/5厚。第三種模型也設(shè)計成變截面橫隔板，橫隔板頂部為底部3/5厚。第四種模型為傳統(tǒng)的橫隔板形式，橫隔板頂部與底部等厚。第五種模型為橫隔板頂部與底部等厚且與頂板相交部位橫隔板掏空。

3 墩頂橫隔板形式對0#塊頂板受力性能影響研究

取五種模型中1、2#截面的A、B兩點為研究對象，如圖2所示。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力作用前、后及有橫向預(yù)應(yīng)力的模型上施加溫度作用下，研究對象的橫向正應(yīng)力值見表1。

表1 五模型研究對象橫向正應(yīng)力值 MPa

續(xù)表1

圖1到圖2為1#截面和2#截面橫向預(yù)應(yīng)力作用前、后及溫度作用后A、B兩點在五種模型中的橫向正應(yīng)力的變化情況。圖3到圖4為1#截面和2#截面A、B兩點在五種模型中的橫向預(yù)應(yīng)力作用后和溫度作用后橫向正應(yīng)力的改變值。

由表1和圖1到圖4可得:(1)在五種模型中，在自重作用、橫向預(yù)應(yīng)力作用和溫度作用下，0#塊頂板同一位置橫向正應(yīng)力變化趨勢基本相同。對1#截面，模型二、三、四中橫向正應(yīng)力大小相當(dāng)，模型一橫向正應(yīng)力最小，模型五橫向正應(yīng)力次之;對2#截面，從模型一到模型四橫向正應(yīng)力逐漸增大，模型五橫向正應(yīng)力較模型一大，較其他模型小。

(2)在五種模型中，從模型一到模型四0#塊頂板橫向預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)逐漸減弱，模型五較模型一大較其他模型小。橫向預(yù)應(yīng)力作用前后，1#、2#截面A點橫向正應(yīng)力改變值，模型一到模型四最大分別為0.91 MPa和0.82 MPa;模型五比模型一均小0.3 MPa。

(3)在五種模型中，溫度作用前后，1#、2#截面A點橫向正應(yīng)力改變值變化較小。模型五相對其它模型橫向正應(yīng)力改變值改變最大。

圖1 1#截面

圖2 2#截面

圖3 1#截面

圖4 2#截面

(4)通過五種模型的比較分析，墩頂橫隔板降低了0#塊頂板橫向預(yù)應(yīng)力的作用效應(yīng)，增加了負(fù)溫差作用對0#塊頂板的不利影響。變厚度橫隔板形式，即降低橫隔板剛度，對0#塊頂板受力有利，但影響不大;改變0#塊頂板的約束條件，即將橫隔板上部掏空，對0#塊頂板受力非常有利。

4 結(jié)論

通過比較分析，五種墩頂橫隔板模型中，從模型二到模型三，0#塊頂板受力逐漸變差;模型一和模型五中0#塊頂板受力最為有利，頂板橫向預(yù)應(yīng)力的作用效應(yīng)最好，負(fù)溫差作用下0#塊頂板受力也比較均勻。建議采用模型五，即將橫隔板與頂板相接的地方掏空，這樣即可以限制截面畸變變形，分擔(dān)支承反力，又可以減小墩頂橫隔板對0#塊頂板受力的不利影響。