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摘要：PC斜拉桥设置辅助墩及拉压支座，可以很好的改善结构的受力状态，若拉压支座出现损坏失效，将导致桥梁结构的边界条件发生变化，导致拉索索力重分配，使得结构受力偏离设计状态，严重情况下将影响结构的正常使用。本文以某在役高速公路PC斜拉桥作为工程背景，结合桥梁的实际监测数据，对其在运营期内拉压支座锚杆断裂失效后对结构的影响进行分析。
关键词：斜拉桥、拉压支座、断裂失效、结构影响
设计辅助墩拉压支座目的是为了增加桥梁结构的刚度，改善桥梁结构的动力特性。辅助墩拉压支座一旦失效，必然会对桥梁结构产生影响。认为该桥竣工时支座处于完好状态，边跨辅助墩拉压支座破坏后为损伤状态。
1 桥梁概况
某特大桥主桥上部结构为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，全桥跨径组合为：（50+108+316+108+50）m（斜拉桥）。主桥上部结构为塔梁分离的漂浮体系结构，斜拉索采用双塔双索面布置形式，单边采用4×25+2=102根索由塔往两侧扇形布置。索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。
主梁下辅助墩墩顶和交接墩顶上均设置拉压支座，每个拉压支座应满足最大拉力3000kN、最大压力5000 kN、最大纵向水平变位为30厘米、容许转动角为40的要求。
2 辅助墩拉压支座损坏对桥梁结构的影响
下面从桥面线形、索力、支座受力和桥梁结构动力特性四个方面，分析拉压支座失效后对结构造成的影响。
2.1 对桥面线形的影响
桥面线形测点布置于左右侧索面每根拉索在梁端锚固的对应桥面位置，对比辅助墩拉压支座失效前后同一条件下测得的各测点相对高程，发现绝大多数测点的高程未见明显变化，高程变化较大的测点主要位于辅助墩附近。2015年夏季测试温度条件与2016年夏季测试温度条件略有差别，通过分析2012夏季至2015年夏季各期测试条件和测试结果，得到在升温单位温度时，各测点的高程变化量，称这个变化量为温度修正量。将辅助墩附近5个测点的设计高程、2015年夏季测试高程、2105年夏季修正高程以及2016年夏季测试高程汇总于下图中。
b）右侧测点
图 1 不同状态下桥面测点高程对比示意图
由图可以看出，各测点2015年夏季折算高程与2016年实测高程的差值在左侧测线8.64 mm~16.89 mm，右侧测线3.45 mm~8.71 mm在范围内，平均值为左侧测线13.22 mm，右侧测线6.82 mm。因此可知在夏季温度条件为36℃时，辅助墩拉压支座失效后，附近桥面高程比失效前高出了10.02 mm。
2.2对索力的影响
从上述分析可知，辅助墩拉压支座失效后，对桥面局部线形存在显著的影响。进而分析辅助墩附近斜拉索，探究辅助墩拉压支座失效后对拉索索力的影响。将设计索力、2015年夏季的索力测试结果和2016夏季索力测试结果汇总于下表，由于两次索力测试条件大致相同，故不再进行折算。
表-1 不同状态下索力测试结果对比表（单位：kN）
从上表中的数据可以看出，两次索力测试结果与设计索力对比绝大部分拉索索力偏差小于±5%，两次索力测试结果相互对比发现，各斜拉索索力偏差均小于±5%，认为在辅助墩拉压支座失效前后索力没有出现明显变化。
2.3对其他支座的影响
该桥边跨主墩和辅助墩均设置拉压支座，每个拉压支座的容许最大拉力值为3000 kN，容许最大压力值5000 kN。分别分析两种状态下，在自重、二期、车辆荷载和温度荷载作用下各墩墩顶反力，结果见表表-2。
表-2 不同状态下各墩墩顶反力（单位：kN）
从表中数据可以看出，完好状态时，在组合荷载作用下，各墩墩顶支座反力均为超过容许拉力值和容许压力值。在损伤状态下，1#边墩墩顶反力值和1#辅助墩墩顶反力值变化不大，偏差不超过±5%，其中2#边墩墩顶压力值减小42.20%，表明在辅助墩墩顶拉压支座破坏后，该侧边墩墩顶的压力值将明显减小。
2.4对桥梁结构动力特性的影响
当辅助墩墩顶拉压支座破坏后，斜拉桥的整体体系发生改变，故对斜拉桥体系改变前后的动力特性进行分析。利用MIDAS模型对体系改变前后的前20阶模态进行分析，分析结果见表 -3。
表 -3 不同状态下结构前20阶模态频率值对比表（单位：Hz）
从表中数据可以看出，结构体系改变后，对10阶以后的高阶频率值影响较小，绝对值偏差不超过5%。结构基频变化幅度最大，基频值降低了25.3%，其次是第3阶频率值和第7阶频率值，分别降低了15.3%和14.9%。由此可知，辅助墩拉压支座破坏后，对斜拉桥结构的动力特性有显著影响。
3 结论
综上所述，当辅助墩拉压支座破坏后，对斜拉桥结构的影响主要有以下几个方面：
1）辅助墩附近的桥面会出现明显上拱，该辅助墩侧边墩墩顶压力显著减小，桥梁整体结构的动力特性减弱。
2）斜拉索索力和主塔偏位值受影响较小，对拉压支座破坏不敏感。
论文作者:罗丁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
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