大跨连续梁控制下挠Word文件下载.docx
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的跨径连续刚构桥近20座，在当今世界跨径大于240m的特大跨径梁桥中，我国占大多数以上（如表1-1）0现对几座典型桥梁情况简介如下：
1、湖北沙洋汉江桥，于1985年建成0主桥为8跨一联的预应力混凝土连续梁桥，
跨径为62.4+6X111+62.4m,长792m桥宽12m上部构造为单箱，梁高根部6.0m，跨中3.0m。
桥墩设两个2000t盆式橡胶支座。
采用C40混凝土，24丝①5mm高强钢丝束，弗氏锚具，悬臂浇筑利用斜拉移动式支架施工。
全桥包括引桥总长1818.5m。
该桥是我国首座跨径过百米的连续梁桥。
2、1987年建成湖南省常德沅水桥。
桥全长1407.86m，主桥为84+3X120+84m预应力混凝土连续梁桥。
本桥是国内首座20m的单箱梁桥。
梁高根部6.8m，跨中3.0m。
双向预应力配筋，采用大吨位XM锚具。
箱梁采用悬臂浇筑，每个桥墩设4个2000t盆式橡胶支座。
3、广东省洛溪桥于1988年建成，为我国建造的第一座预应力混凝土连续刚构桥。
桥全长1916.04m。
主桥为65+125+180+110m长480m桥宽15.5m，由单箱组成。
梁高3.0〜10.0m。
桥墩为双薄壁柔性墩，2.20X80箱型截面，高29m主梁采用三向预应力，VSL7丝钢绞线系统，纵向束用31根①12.8mm钢绞线，张拉力4275kN,钢
丝最大长度逾190m主梁施工采用悬臂浇筑，65m和110m两边跨先合拢。
然后125m和180m两跨同时合拢。
该桥的建成促进了我国连续刚构桥的迅速发展。
4、湖北省黄石长江大桥于1995年建成。
全桥长2580.08m。
主桥为162.5+3X245+162.5m,五跨一联预应力混凝土连续刚构桥。
桥面宽19.5m,梁为单箱单室，根部高13m跨中高4.1m,三向预应力。
纵向预应力束采用高强低松驰钢绞线，大吨位群锚体系，张拉吨位为4271kN。
横向预应力束采用5〜4扁锚体系。
张拉吨位为551kN。
竖向预应力筋采用①32mn精轧螺纹粗钢筋，张拉吨位为542kN。
主墩为双壁式，双壁中心距为10.5m，墩高44.7〜48.40m,柔度满足主梁伸缩变形要求。
悬臂施工挂篮自重及施工荷载控制在1350kN以下。
该桥是长江上第一座连续刚构桥。
5、1997年建成的广东虎门大桥辅航道桥（主孔270m为中国最大跨径连续刚构桥。
跨径为150+270+150m桥面宽33m由双箱组成，梁高根部14.8m，跨中5.0m，采用三向预应力。
箱梁采用悬臂施工，分为31段，每段重238t。
桥墩为双柱式空心墩，高约30m，采用提升模板施工。
主梁于1996年5月合拢。
1.2大跨梁桥长期挠度的问题
但是近20多年来，不少大跨径梁桥先后出现持续下挠的现象。
1995年建成1060m一联、主跨245m的黄石长江大桥，通车运营以来跨中下挠已达32cm主跨270m的虎门大桥辅航道，从1997年建成通车以来跨中下挠已达20cm广东省南海金沙大桥主桥（66m+120m+66m预应力混凝土连续刚构，使用不满9年，跨中梁体产生严重下挠。
同时，箱梁腹板伴随着出现大量斜裂缝[5][6]。
一些省市主管部门及时地进行了加固处理。
但是，加固旧桥的费用也是很可观的。
一般而言，加固原有桥梁的费用一般约占新建桥梁费用的10〜20%（双曲拱桥加固改造费用则为新建桥梁的20〜40%）[7]。
不同跨径桥梁跨中下挠平均速率，从国内一些大跨梁桥的实测记录分析如下：
L=100〜160mf徐=0.5〜1cm/年
L=160〜220mf徐=1〜2cm/年
表1—1240m以上连续刚构桥一览表
序
号
桥名
国家
建成
年
跨径
截面
备注
1
斯托马桥
挪威
1998
94+301+72
单室箱
主跨中部182m用轻质砼；
边跨梁内填砾石
2
拉夫特桑德特大桥
86+202+298+125
桥在R3000m平曲线上，
中部224m轻质砼，边跨
压重
3
虎门大桥辅航道桥
中国
1997
150+270+150
双单室箱
桥在R=7000m平曲线上，
C55砼
4
苏通长江大桥辅桥
2006
140+268+140
（在建）跨中设体外索
5
云南元江大桥
2003
58+182+265+194+70
桥高163m
6
门道桥
澳大利亚
1985
145+260+145
边跨悬岀与引桥相连
7
宁德下白石大桥
145+2X260+145
梁底用1.6次抛物线
8
泸州长江二桥
2002
150+252+55
边跨重力式锚碇桥台，
C60砼
9
Schottwien桥
奥地利
1989
250
四跨连续刚构
10
Doutor河桥
葡萄牙
1991
双线铁路
11
重庆黄花园大桥
1999
137+3X250+137
连续长度1024m
12
马鞍石嘉陵江大桥
2001
146+3X250+146
双幅，连续长度1042m
13
宜水路金沙江大桥
2005
140+249+140
（在建），C65砼
14
黄石长江大桥
1995
162.5+3X
245+162.5
连续长度1060mC55砼
15
江津长江大桥
140+240+140
C50砼
16
重庆嘉陵江大桥
---,,
17
重庆龙溪河大桥
---
18
贵州六广河大桥
145+240+145
桥墩高73m和90m
大跨梁桥跨中下挠和开裂影响了桥面的平整度和结构的耐久性。
控制长期下挠是我国预应力砼连续梁（刚构）桥当前亟待解决的难题。
由于它是一门十分复杂的学问，国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过很多研究，但至今奏效均不大。
我国桥梁建设大好形势迫切需要新思维的产生，要对当前大跨梁桥工程控制的理论所存在的问题进行反思，对传统设计方法的错误勇于更正。
要打破规范、解放思想、与时俱进提出解决长期下挠问题的新途径。
对于跨中设在双坡竖曲线范围内的大跨连续梁桥，其跨中下挠只相当于增大竖曲线的半径R而已，在外观上不会出现突变。
但苏通大桥辅航道桥处于1.5%的单坡上，如果跨中在建造时产生过大的抬高、运营后又发生过大的下挠，两者都将破坏全桥线型的平顺，影响高速行车的舒适性。
业主要求确保桥面的标高都统一在1.5%单坡上，是该工程的难点所在。
为此苏通大桥主管部门对268m连续刚构辅航道桥跨中将发生
长期挠度的问题特别重视，力求使跨中长期下挠的历史在苏通大桥辅航道268m桥跨
不再重显。
本课题配合这种需要进行控制大跨梁桥长期下挠的专题研究。
1.3两种不同的预应力观点
众所周知，不同观点的预应力设计直接影响到结构施工和成桥以后的状态。
通常由于设计预应力设计的原因，在建造结构的过程中就存在不平衡内力，那么在双悬臂结构中必然产生初始挠度，采用预拱度的做法只能暂时的减小施工合拢前的挠度。
由于该不平衡内力在预拱度中并不能消除，所以合拢后布平衡内力连续梁中又产生后期挠度fg。
随着时间的增长，砼徐变也沿合拢前存在初始状态转角将产生后期挠度ft，这就是大跨梁桥发生长期下挠的原因所在。
当今关于悬臂施工大跨梁桥预应力设计，有两种截然不同的观点。
1.3.1传统预应力设计观点
在刘效尧、赵立成主编的公路桥涵设计手册《梁桥》（下册）中[9]，指出预应力配索的体系选择依据：
预应力束应根据最不利荷载组合下的弯矩、轴力、剪力包络图（不含预应力及相关内力）进行预应力筋的合理配束。
在大跨径预应力混凝土连续梁中，其体系转换后的结构重力或一次落架的结构重力产生的内力一般均超过总内力的
50％，故建议按成桥后的结构重力与荷载内力相组合进行预配预应力钢束，计算其预
应力损失及弹性次内力后，再根据全桥最不利内力组合（含预应力及相关内力）进行调整或验算。
传统观点以强度为目标控制设计选择成桥后运营状态（连续梁）为基本图式（按最终状况的一次落架状态），通过运营状态的内力包络图，按保留一定压应力储备原则来设计梁体内的预应力索。
为了控制施工中梁顶面的标高符合设计线形，通常采用“挠度反向设臵法”（即预拱度）。
在双悬臂施工中，梁的安装标高还要根据分块施工预应力大小以及梁段标高实测情况，通过复杂的工程控制计算来确定。
总之，从传统的预应力设计观点可以看出，它们均是采用内力包络图进行控制设计的。
由于该观点被列入设计手册和规范，所以运用该方法设计的梁桥占到绝大多数。
但是，正是采用传统的预应力设计观点，却出现了成桥若干年后跨中持续下挠的现象。
1.3.2预应力的“零弯矩”设计观点
1988年范立础院士主编《预应力砼连续梁》书中E301页中，提出一种减少由混凝土徐变引起次应力的途径[10]：
可以选择预加力引起的弯矩，使它刚好抵消建造过程中产生的弯矩，这样就可使徐变对结构的影响予以消除。
新观点以挠度为目标控制，由于不设预拱度桥梁线型始终不变。
其特点是用预应力的配臵来抵消悬臂施工自重弯矩Mg为准，当施工中梁各截面恒载弯矩刀Mi=Mt—M萨0时，即消除了挠度和梁初始转角B。
这样当砼徐变发生时，梁体仅有轴向位移而不产生挠度。
在80年代末期在修建洛溪大桥180m连续刚构的同时，国内广东和湖南省一些工程师对“预拱度法”提出质疑。
认为预抬高不能解决力的平衡，因此不能消除合拢后箱梁后期的继续下挠。
在他们主持的设计中采用了预应力“零弯矩”的观点。
修建了近十座连续梁桥，都取得了方便施工、简化工程控制和后期下挠较小的效果。
由于我国连续梁桥修建历史不长，两种观点对后期下挠的效果一时分辩不出，对方争议时间达十年之久。
2004年被认为设计和施工质量都很好的广东虎门大桥辅航道桥（270m）下挠21cm并发现裂缝的事实震警了桥梁界，促使大家对传统方法进行反思。
因此本文着重介绍大家都不熟悉的“零弯矩”观点，通过认真的研讨和深化，为控制大跨梁桥长期下挠问题找到一条新路。
1.4“零弯矩”理论工程实例
1.4.1、1989年在广东佛山石南大桥（130m连续刚构）。
为了充分利用广东九江大桥剩余100多吨©
7进口平行钢丝，专门研制了新型7©
7平行钢丝群锚（DXFM2）锚具来代替昂贵的钢绞线©
J15.24（当时9000元/吨）和VSL锚具。
由于©
7平行钢丝不宜平弯，故预应力全部采用了直索，并运用了“零弯矩”理论。
为此专程请教了同济大学。
在范立础院士的指导下，终于在中国首例完成按“预应力零弯矩理论”设计的连续刚构桥。
石南大桥1991年建成通车，运营至今情况良好，拱顶下挠甚少，经检查无裂缝。
1.4.2、1993年建成湖南湘潭湘江大桥是我国首座采用“连续千斤顶”做起重设备的拼装连续梁，桥跨6X90m单箱宽20m吊重100t。
考虑到四个桥墩8个面均共用一套模板，故要求预制、拼装和运营三个阶段的梁面标高一致，所以施工中预应力设计改用“零弯矩”理论配索，不设“预拱度”。
实施中各梁块高程误差小于5mm，90m跨中合拢高程误差为3mm如此高精度是前所未有的，显示了新理论的威力。
1993年12月湘潭二桥提前建成通车，二年后复测跨中挠度无变化，而将原留在跨中下缘的预应力备用索取出。
施工情况详见文献[11]，如图1-1和1-2。
从湘江二桥开始，我国连续梁桥采用先进的“预制拼装工艺”得到推广。
1.4.3为了充分利用基础工程所设臵的缆索起重机，湖南省三座连续梁桥都采用预制拼装新工艺来加快工程进度。
这些桥由于预应力按悬臂图式零弯矩理论设计，不设预拱度，工程控制十分简便，均由施工单位进行。
如图1-3、1994年建成安乡大鲸港大桥（8X50m双幅）
1-4、1996年建成益阳资江二桥（6X80m双幅）
1-5、1998年建成常德石龟山澧水大桥（4X80m桥宽10m）
文献[12][13]也介绍了广东省多座悬臂施工连续梁桥的所采用分阶段配索方法：
即悬臂施工阶段“按零弯矩”平衡配索，合拢后所配臵后期索满足使用阶段无拉应力，最后配臵竖向预应力满足抗剪要求，这样有利于控制施工挠度和减小长期徐变变形。
根据文献中的介绍，在某47m+70m+45三跨连续梁的工程实践中取得了较好的效果。
图1-3.8x50m缆吊拼装的大鲸港大桥
图1-4.6x80m悬吊拼装的益阳大桥
图1-5.4x80m缆吊拼装石龟山大桥
1.5本课题研究的主要内容
为探索上述问题，本人在总结前人研究成果的基础上，从调整结构预应力设计、
改善结构受力状况的角度出发，力求从在以下几方面做较深入的研究，以期获得控制
长期挠度的实际应用价值的结论：
一、对传统预应力设计观点进行反思，找出它产生长期下挠的根源。
二、将“零弯矩”的设计观点进一步深化，使之更加全面和完善。
对于特大跨径梁桥还要特殊设计。
同时提出一些主动、有效的控制长期挠度的新措施。
三、结合正在建设中的苏通长江大桥辅航道桥（跨径组合140m+268m+140连续
刚构桥），对传统方法产生的长期挠度和按新观点所控制长期挠度进行比较。
第二章长期挠度成因及控制
从第一章我们认识到有两种不同的预应力设计观点。
预应力的设计直接影响到结构施工和成桥以后的受力与线型，并与运营中长期挠度的控制是息息相关的，因此它也是解决长期下挠的根源所在。
从这个意义上说，只要对预应力进行了合理的设计，就能够从源头上解决问题。
本章从传统预应力设计观点进行分析中找到大跨梁桥产生长期下挠的原因。
通过对“预应力零弯矩”设计理论的深化，为控制长期挠度的增长找到新的途径。
2.1传统预应力设计观点存在问题
2.1.1图式。
传统预应力混凝土梁桥配索设计，所选基本结构是桥梁最终状态——运营状态的连续梁图式。
先假定在支架上浇筑箱梁,按一次落架计算连续梁恒载弯矩Mg其特点是恒载弯矩图比较缓和，与悬臂梁弯矩M相较，正、负弯矩绝对值均更小（支点负弯矩M约为2M/3，跨中正弯矩M约为M/3）。
再计入活载、温度、混凝土收缩等因素，作出运营状态的总弯矩刀M包络图，由此配好连续梁内的预应力索。
设计的原则是控制不出现拉应力并预留一定的压应力储备。
在传统的设计观点中，对恒载（长期持续荷载）和变化荷载（活载及附加力）是同等对待的。
预应力的设计既要考虑恒载又要同时考虑变化荷载的作用，这样使得预应力的设计不能完全针对起主导作用的恒载，也不可能实现零弯矩，所以产生施工中挠度是必然的。
2.1.2预拱度。
为了控制悬臂施工中梁顶面的标高符合设计线形，设计被迫采用设臵预拱度的方法。
即将梁的下挠值f反方向加在预制厂的梁底模板上，使梁面有一个抬高量这个预抬高称“安装标高”。
施工线形中实际包含了三种预拱度［14］：
恒载预拱度、活载预拱度和徐变下挠预拱度。
恒载预拱度是指在桥梁的架设过程中预先将梁部结构设臵一向上的拱度（计算挠度的反向值），此外施工预拱度还包括桥面和砼长期收缩徐变挠度。
一般设臵施工预拱度的曲线线形和数值，是将从施工开始到完工后一年左右时间中，每一节点的弹性和徐变总挠度的数据值反向设臵。
活载预拱度则是考虑到使梁在运营状态时也能保持设计线形状态，一般在线路设计线形上叠加一活载的反向挠度值，也有的设计者直接将这部分活载挠度考虑到了基本设计线形之上。
一般桥梁结构取1/2车辆活载产生的挠度值设臵活载预拱度，连续梁桥的活载预拱度稍小一些。
上叙三种预拱度的设臵使问题变得特别复杂，需要专门的机构进行“工程控制”
即在施工中，梁的“安装标高”还要根据分块施工预应力大小以及梁段标高实测
情况，通过计算来确定。
当使用完善的预拱度的方法进行设计后，能使一年后竣工验
收时的标高恢复到设计标高。
2.1.3连续梁悬臂施工中实际图式是双悬臂梁。
其支点自重弯矩Mg与简支梁图式的跨中弯矩M的绝对值相等。
双悬臂图式支点自重弯矩Mg与从运营连续梁状态弯矩MN存在着一个差值Me=M—Mg（为绝对值之差，约为M0/3）（见示意图2-1和2-2）‘
B習矩埶二预应力弯轨-悬豔軌
图2-2
弯矩差Me作用在双悬臂梁上，故必然产生挠度f,在相应的结构各个截面上、
下缘都存在不平衡的应力和相应的初始转角B（见示意图2-3）。
传统观点按挠度反
向设臵好预留
图2-3
拱度，虽能做到合拢时的梁面标高符合设计要求，但却不能消除梁内所存在的不平衡内力Me所以结构合拢后弯矩差Me仍然作用在连续梁体系上，将产生相应的挠度f'
和初始转角（见示意图2-4）。
很显然，合拢后由弯矩差Me产生的总的初始挠度
图2-4
为f+f'
相应的总的初始转角为B+B'
。
并且，随着时间的增长，砼徐变产生后梁仍能沿合拢前存在初始转角的状态产生后期挠度。
从我国大跨梁桥长期下挠1〜3cm/年速度，可见后期挠度的数值还是相当可观的，它数倍于弹性挠度。
应当特别指出采用梁面预抬高的老办法，它并不能改变结构的受力状况及其初始状态，将必然产生长期挠度问题，应当抓住这个问题的根源，从改变传统的设计预应力的观点入手，以消除结构的不平衡内力的手段来消除每一个阶段的挠度和初始转角，达到控制长期挠度的目的。
2.2预应力的“零弯矩”理论的深化
湖南和广东一些桥梁专家在悬臂施工所持的预应力“零弯矩”设计观点，从实际出发抓住事物的本质，通过预应力手段取得了力学上平衡，由此不设预拱度，使施工的立模安装标高与成桥标高能够保持一致。
这样不但极大的简化了工程控制，而且实践证明它对控制长期挠度的效果也十分理想。
零弯矩设计初期它主要偏重于双悬臂施工阶段的预应力配臵，即使结构满足施工状态恒载“零弯矩”的要求。
然而合拢后连续梁状态中还有桥面二期恒载和长期活载的作用，它们在连续梁上又产生新的弯矩M又相应出现新的挠度，此时箱梁顶、底板中的预应力已对它们毫无办法了，所以本文要将“零弯矩”观点进一步深化。
2.2.1大跨梁桥的恒载
众所周知恒载（含一期恒载及其二期恒载）是大跨梁桥的主要矛盾（见表2-
1）何17陶，其弯矩Mg占到总弯矩工M的80%以上，更是使结构产生长期挠度的主要方面。
由于传统的预应力设计不是全部针对恒载而设臵，它没有抓住这个的主要矛盾，
就不能解决长期下挠问题。
但恒载形成经过双悬臂施工、连续梁合拢、桥面浇筑以及运营等四个阶段。
因此在大跨梁桥中也要分阶段设计预应力，使其满足不同阶段恒载“零弯矩”的要求。
应当特别注意：
在这点上它与传统的“一次性到位”的预应力设计方法是截然不同的。
表2-1恒载弯矩占总弯矩的比例
项目
苏通北岸引桥
赣江西支特大桥
苏通大桥辅航道桥
主跨跨径（m
75
110
268
恒载弯矩/总弯矩
82%
85%
83%
2.2.2恒载零弯矩原理
①为什么恒载弯矩为零最终导致挠度也为零呢？
可以用挠度计算的基本公式来论证：
由于预应力弯矩M与自重弯矩M相平衡，使梁内弯矩Me-0
VMe二（M0-MT）=0（2-1）
（2-2）
那么根据图乘法原理，可计算出相应梁的挠度也为零[15]
fi=MeMds
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