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文献综述

浅析连续刚构桥梁跨中下挠的成因及对策

摘　要

综合国内外桥梁现状，针对连续刚构桥使用过程中跨中下挠的问题进行了分析，阐述了病害成因，并从设计和施工两方面入手，提出了相应的对策措施，以期指导连续刚构桥施工。

关键词：

连续刚构桥，跨中下挠，原因，温度应力　

ABSTRACT

Takingcontinuoussteelstructuremid-spanclosuresegmentconstructiononRongguiwaterwayBridgeasthebackground,itstudiestheclosuresegmentdesignandconstructiontechnology,Throughadopting“sixcontrollingmethods”closuresegmentconstructiontechnology,itensurestheaccuracyandqualityofbridgeclosuring.

Keywords:

continuoussteelstructure，closure，construction

进入20世纪90年代以来，预应力混凝土连续梁桥和连续刚构在我国发展迅速，形势喜人。

但是随着桥跨的增大，连续刚构桥在使用过程中的问题也突显出来，其中之一就是随着使用年限的增加，连续刚构的跨中不断下挠，桥梁运营期内出现不良线形而引起乘客的不舒适感，甚至危及行车安全。

例如虎门大桥辅航道桥跨中下挠值达２６ｃｍ，黄石长江公路大桥主跨下挠值达３３．５ｃｍ；另外，三门峡黄河公路大桥、江津长江公路大桥、广东南海金沙大桥等都出现了类似的跨中下挠问题。

连续刚构桥跨中下挠幅度过大，将使乘客出现不舒适感，甚至导致梁体产生裂缝，危及结构安全。

所以跨中下挠问题也成了连续刚构这种桥型建设和发展过程中有待解决的问题。

跨中下挠是大跨径连续刚构的主要病害之一，而且从目前来看跨径80m～100m以下的，病害较少；跨径在100m～160m之间的，病害多；而跨径在160m以上的，表现的比较突出。

大跨径连续刚构桥梁跨中下挠问题在国内外都很严重。

一.跨中下挠的成因

1.计算模式存在问题

通常连续箱梁和连续刚构桥梁的计算模式是：

桥梁收缩徐变完成后的恒载+活载+温度等组合产生的应力来控制设计，实际上某些截面的应力值不是由收缩徐变完成时的各项应力值之和控制，结构计算未能采用应力包络方式进行验算，不能保证桥梁节段施工、合龙后、加载二期恒载、活载、收缩徐变、温度等各个阶段及其组合计算出的最大应力值均控制在合理的范围内。

2.箱梁温度应力考虑不足，导致局部出现开裂

箱梁非线性温差对箱梁应力影响很大，很多桥梁由于非线性温差取值偏小而引起应力储备不足，导致箱梁开裂。

我国JTGD62—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范是采用矩形温差模型，而2004版规范改进了温差模型，采用三角形分布。

进行精确计算，考虑梁截面几何设计尺寸、预应力、混凝土徐变影响以及温度应力场的计算和叠加，采取了相应的措施，消除了不利因素，合龙精度为8m／n，其他各项合龙指标均满足了设计要求。

另外我国铁道部从20世纪70年代末一80年代中期对多座铁路桥梁的温度应力进行了实测，表明温差分布是与新西兰规范类似的多次抛物线模式，我国现行桥规仍偏于简单化，计算结果偏于不安全。

3.剪切变形及剪力滞效应考虑不足

连续箱梁和刚构设计分析时一般采用梁单元，无法考虑剪力效应。

但由于箱梁腹板相对较薄，所以箱梁腹板剪应变很敏感。

轴向力首先产生在腹板，然后随着剪力滞效应，底板产生剪应变（变形）。

对于较宽的横断面，剪力滞效应显著而不能忽略。

而钢筋混凝土结构设计时，运用有效宽度概念，考虑剪力滞效应。

对于预应力结构，荷载和预应力产生的剪力滞有所区别。

直线型预应力筋等不产生剪力，因此不产生剪力滞效应，所以有效宽度的方法使用时需要注意到预应力梁真正的力学行为。

4.纵向预应力损失考虑不足，导致预应力水平降低

在设计过程中，有必要考虑结构各个截面的应力要有一定的安全储备，即对使用荷载作用下截面的正应力和混凝土主拉应力，也要提供一定的应力储备，以便在设计上带来可靠保证。

5.高估结构的力学性能，结构设计安全储备不足

由于预应力的存在，特别在纵向和竖向预应力的共同作用下，箱梁内的主拉应力大大降低，从而使得斜截面的抗裂性比普通钢筋混凝土好。

在合理进行纵向预应力钢布置和竖向预应力钢筋设计的情况下，可以把使用荷载作用下的主拉应力控制在小于规范规定的混凝土抗拉强度（主拉应力）范围内。

结构出现斜裂缝，其承载能力将会降低，甚至会突然破坏。

通过主拉应力的敏感性分析得知，若不设置竖向预应力钢束或者竖向预应力失效，

6.低估施工中的超方和运营中的超载现象

7.温差效应、外荷载效应等其他外界因素均会影响连续刚构桥跨中下挠的幅度。

二.应对跨中下挠的措施

1.混凝土的收缩和徐变

1）设计时尽量使得全截面中心受压,上、下缘应力相等,截面无转角,梁体无徐度。

2）如工期允许,施工时要求纵向预应力的张拉龄期不少于5d。

3）设计时,考虑混凝土的收缩、徐变引起的挠度应“宁大勿小”,一般预抛高值取L/1000～L/1500。

4）推迟二期恒载的施工有助于减小后期跨中变形。

2.预应力

1）在新建桥梁施工布置波纹管时,尽可能使得平弯和竖弯处平顺连续,不得存在折线状。

2）在灌浆时提倡真空灌浆法。

3）增加顶、中跨底板备用预应力束,此处预应力束待混凝土完成一定的收缩、徐变后再张拉。

备用束的张拉可以明显降低跨中挠度,而对全桥的应力影响甚微。

3.桥梁的整体刚度

1）挠度计算及预拱度设置时必须考虑荷载长期效应。

2）改善竖向预应力筋设计方式。

竖向预应力筋纵向间距500mm～1000mm,考虑到竖向预应力施工的实际困难,按新桥规规定对竖向预应力的效应打6折进行计算。

并且可以采用“U”型竖向筋的设计来防止腹板开裂。

3）将箱梁根部高度从现有的1/18～1/17适当提高到1/17～1/16,增加梁的刚度储备。

4）适当提高主梁跨中截面高度。

研究表明,适当提高梁跨中高度对控制提高主梁刚度,减小下挠有显著效果。

5）对有规律裂缝的部位采用钢纤维混凝土。

4.桥梁的超重控制

1）施工中要重视箱梁模板的刚度,以免引起胀模而导致的自重增加;桥面铺装时,调平应尽量用沥青混凝土代替钢筋混凝土。

2）增加边跨现浇段的梁自重或者长度,跨中挠度有一定的减小,但此时边跨的应力特别是主拉应力增大。

3）行车密度大的桥梁由活载产生的徐变不应忽略。

5.桥梁施工中控制措施

在中跨跨中合拢前,对两岸箱梁进行顶推作业,预先使主墩向两岸预偏,以减小混凝土收缩徐变对主墩的不利影响。

顶推量的大小按照收缩徐变完成后的恒载状态下,主墩墩顶位移基本为零的原则确定,实施顶推作业时,以主墩墩顶位移控制为主,顶推控制为辅。

三.总结

预应力连续刚构桥跨径在一定范围内是一种经济合理的桥型,其施工工艺成熟、安全,施工场地占用不大,运营期养护费用少。

该桥型在西部地区一些深谷、江河上应用前景很广阔。

随着经济的发展,桥梁跨径不断增大,不可避免地会出现一些发展过程中需要解决的问题。

预应力损失及砼收缩徐变效应对桥梁跨中下挠幅度的影响较大，尤其是预应力损失因素，必须引起高度重视，并积极采取相应措施。

此外，根据以往的工程经验，在进行连续刚构桥施工时，给主梁各节段设置一个额外的预拱度，以满足后期变形的需要。

只要工程界共同努力,完善现有的理论,加大监管力度,保证施工质量,连续刚构这种桥型一定会在我国继续蓬勃发展。

参考文献

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