我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践.docx

1、我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践李坚（上海市城市建设设计研究院 摘要本文从桥梁设计技术、施工技术和预应力材料等方面简要介绍了我国预应力混凝土连续梁桥的发展，重点对预应力混凝土连续梁桥工程实践中出现的主要问题、形成原因、敏感性分析与设计对策探讨等作了简要分析和论述。关键词 预应力 连续梁桥 技术发展 工程实践 主要问题 敏感性分析设计对策一、概况自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。我国自50年代中期

2、开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料与工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。目前我国已建成的有代表

3、性的大跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥如表1所示。虽然本文论述的重点是设置支座的预应力混凝土连续梁桥，但有必要简要介绍一下由T型刚构体系与连续梁体系结合而成，采用薄壁柔性桥墩、墩梁团结的预应力混凝土连续刚构桥。这种桥型上部结构的受弯性能与连续梁基本相同。由于墩梁固结，主墩不设支座，顺桥向抗弯刚度和根桥向抗扭刚度较大，能满足特大跨径桥梁的受力要求，从而使得预应力混凝土梁桥的跨径适用范围从连续梁桥的150rn左右，发展到300rn以上。表2列出目前世界上已建成的大跨径预应力混凝土连续刚构桥。二、我国预应力混凝土连续梁桥的发展1.桥梁设计技术（1）主要设计规范a.1978年交通部颁布了我国第一部公

4、路预应力混凝土桥梁设计规范，该规范按单一系数极限状态设计理论编制，比以往采用的破坏阶段理论规范前进了一步。b1985年交通部颁布了公路桥涵设计规范，其中公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85将单一系数改成多系数，以塑性理论为基础作强度极限计算，以弹塑性或弹性理论为基础作正常使用极限计算。85规范原则上是参照1978年CEB-FIP的国际标准规范，即MedelcodeforconcreteStrUctures编制的。c.JTK02385规范允许桥梁构件按部分预应力混凝土（ppc）设计。A类构件-在短期荷载作用了截面受拉边缘允许出现拉应力，但拉应力值不超过规范中的规定限值，如有

5、些箱梁的顶板横向预应力是按A类构件设计的。B类构件-在短期荷载作用下，截面受拉边缘允许出现裂缝，即拉应力值超过规范中的规定限值，目前在大跨径预应力箱梁桥设计中未见采用。PPC构件具有节约钢材、降低造价、能减少由预应力引起的反拱度、改善结构受力性能等优点，已在一般公路桥梁和城市桥梁工程中逐步推广应用。2）桥梁结构分析专用软件和CAD技术a.自70年代后期以来，我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以与许多桥梁专用程序，实现设计、计算。绘图一体化，大大提高了计算精度和速度，特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。大跨径预应力混

6、凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用，适应了我国桥梁建设高速发展的需要。b.计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。使得成桥后的线型平顺，符合桥梁的纵向设计标高；桥梁结构的受力状态能与设计计算一致。2.桥梁施工技术 （1）在我国中小跨径的预应力混凝土连续梁桥施工中，除了最古老的支架现浇方法外，还采用了先简支后连续、顶推法、移动模架逐孔浇筑法、移动导梁逐孔拼装法和梁体预制浮吊安装法等施工技术。（2）平衡悬臂拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连续梁桥的发展。大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工。根据连续梁桥的特点，采用逐段平衡悬臂浇筑，先形

7、成T构，再逐跨合龙，逐跨释放临时固定支座，完成体系转换，最终形成多跨预应力混凝土连续梁桥。大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工。常用的挂篮形式有偏架式和斜拉式。随着施工技术的进步，挂篮结构向着轻型化的方向发展，尽可能采用构造合理、受力明确、自重轻、利用系数高、使用安全方便，具有良好技术经济指标的挂篮。例如，上海黄浦江奉浦大桥等工程采用的菱型挂篮就是其中之一，该挂篮总重仅50t，利用系数为4.03高强度预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用，促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在80年代后期，国内开始生产18edMPa的低松弛预应力钢绞线，加上与其配

8、套的大吨位预应力钱具和张拉设备的研制成功C50与C60混凝土的应用，使得预应力连续梁桥结构轻型化，跨越能力得到很大提高。在这以前，我国大量采用16000MPa5的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚（即F式锚具）这种锚具的张拉吨位小使用时的控制张拉力仅565kN，每张拉 10kN预应力需要的布柬面积约为 0.255cm2kN;若采用 j15.212型锚具张拉10kN预应力所需的布 束面积约为0.096 cm2kN；采用j15.222型的锚具时，张拉10kN预应力所需的布柬面积约为 0.067cm2kN。三者的比例为 1：0.38：0.26，由此可以看到，采用大吨位预应锚具体系后，使得预应力箱梁

9、布柬范围内的顶板、腹板和底板尺寸，设计时由原来的布柬控制改为受力控制和按构造要求控制，这样，大大减小百箱梁断面的尺寸，减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土与钢绞线的用量能够大大减少，从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。若采用以往的钢质锥形锚具，预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在100m左右。随着1860MPa钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用，建桥施工技术的发展，目前，我国连续梁桥的最大跨径已达165。连续剧构桥的最大跨径达到270。，从而使得我国预应力混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。三、预应力混凝土连续梁桥工程实践中出现的主要问题、形成原因敏感性分析和设计对策探讨 1.预应力混凝土

10、连续梁桥使用过程中存在的主要问题在预应力混凝土连续梁桥，特别是大跨径连续梁桥的施工或使用过程中，部分桥梁有时会出现这样或那样的问题，其主要问题是箱梁混凝土出现了不同性质的裂缝。根据作者所知，在已建成的连续梁桥中，某些桥梁上部结构曾出现了部分裂缝，主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝；箱梁腹板的斜向裂缝。特别是靠近边路现浇箱梁端部范围的两侧腹板，出现近450的斜向裂缝。现举例如下：（l）某公路大桥为三跨预应力连续梁结构。在中跨跨中近60m范围内，箱梁底板下缘合龙段上缘出现纵向裂缝，最多的一个截面有 10多条，连续贯通，裂缝宽度 0.10.4mm。在两只中墩左右的 1号节段底板，各有 1条长 2m对称的

11、纵向裂缝，裂缝宽度 0 20 3mm。在边跨近桥台的45个箱梁节段底板。出现不连续、较短的纵向裂缝，裂缝宽度010.2mm。（2）某公路大桥为连续刚构一连续梁桥结构。该桥在每孔14梁跨处的上、下游箱梁内侧腹板处，发现与顶板呈2545的斜向裂缝，成桥早年后共发现百余条裂缝，最长约4m，最大裂缝宽度达1.8mm。（3）某公路特大桥，在两岸跨箱梁现浇端15m范围的上、下游腹核内外侧，对称出现近45的斜向裂缝，数量较多，最大裂缝宽度 0.4mm。（4）某大桥连续梁结构部分采用单箱多室横断面，该桥箱梁集中在中间两道竖直腹板靠根部处出现100多条外向裂缝。这些裂缝中，沿腹板厚度方向有一部分是贯穿的。其中缝

12、宽 0.20.58mm的有 20多条。从以上几座预应力混凝土桥梁的裂缝来看，其性质大部为受力裂缝，且宽度较大。为保证这些桥梁的安全性和正常使用；以与结构的耐久性，有关方面曾对裂缝的成因作过一些分析。我们也可从中吸取教训，以提高对这类问题的认识和重视，为今后从事预应力混凝土桥梁的设计、施工、管理和监理工作采取相应的对策。2裂缝形成原因分析(1)目前我国大跨径预应力混凝土连续梁桥的设计，大多是按照全预应力结构设计的，即在理论上要求结构不出现拉应力。 针对预应力混凝土连续箱梁结构而言，裂缝形成的原因，主要有以下几方面：a在主桥总体设计中，跨径比例、箱梁截面尺寸的拟定不合理；b结构设计抗弯剪能力不足；

13、c对由预应力钢束引起的附加力估计不足；d. 对温度应力重视不够；e.施工质量不好、其中包括混凝土浇筑与养生；施工顺序与施工精度；预应力钢来的保护层厚度达不到设计要求；支架与模板变形过大；预应力张拉力不足；灌浆不与时或其他质量问题等。 f材料质量-如混凝土的水泥与骨料品种、材料级配与计量误差等问题。（2）预应力混凝土桥梁工程中产生的裂缝，由于各种因素的相互影响，十分复杂。一般应对设计、施工与材料质量等方面着手调查分析，看问题发生在哪一个环节上，并根据结构裂缝的位置、方向、缝宽、裂缝长度与深区、裂缝间距等现象作为依据，进行分析。本文重点谈一下如何从设计方面进行检查分析，其中主要有：a对可能产生结构

14、裂缝原因的应力进行复核，诸如混凝土的拉应力、压应力、剪应力、主拉应力与局部应力等。b应力复核结果是否超过设计规范规定的使用荷载作用下混凝土的法向应力、主拉应力值。c.裂缝的部位和方向是否与所计算的应力方向一致。d对控制预应力混凝土箱梁设计的一些主要内容进行敏感性分析，如对纵向预应力布京设计方案、竖向预应力、箱梁高度、腹板高度、温度应力等。（3）混凝土主拉应力斜裂缝问题预应力混凝土结构同普通钢筋混凝土结构一样，在受弯构件正截面强度有足够保证的情况下，仍有可能沿斜截面破坏。在斜截面破坏前，总会先出现由弯短和剪力引起的主拉应力斜裂缝。预应力混凝土受弯构件由于预应力的存在，特别在纵向和竖向预应力的共同

15、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来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。然而设计人员必须注意 到：一旦结构出现斜裂缝，其承载能力将会降低，甚至会突然破坏。所以当主拉应力ZL0.5 （荷载组合I）或ZL0.5 （荷载组合与组合）时，必须按规范规定设置由计算所需的抗剪钢筋。（4）预应力混凝土连续箱梁桥的敏感性分析a.纵向预应力钢束布置方案预应力混凝土箱梁通过纵向预应力钢柬提供构件各载面的预压应力，以保证各个截面的正截面强度。设计时通过对纵向预应力钢束的合

16、理布置，以提供和提高箱梁的斜截面强度。纵向预应力设计是预应力混凝土连续梁桥的核心问题。在敏感性分析中，通过对增加一对底板钢束或减少一对底板钢束的计算分析，结果表明：对结构截面正应力的影响程度较大，而对腹板加胶处主拉应力的影响不显著。可以这样讲，纵向预应力直线钢束的多少主要关系到箱梁正截面强度的大小。敏感性分析同时表明，由于纵向预应力对各截面应力状态的影响程度与其规律并不完全一致，设计时应给予充分重视。除了对各控制截面进行应力验算外，还应做好对纵向预应力钢束布束方案的优化和比较。b.竖向预应力通过对某大桥箱梁截面的竖向预应力敏感性分析表明：当设计的竖向预应力为100时，在使用荷载组合作用下，该截面中和轴处的主拉应力