连续刚构桥发展史.docx

1、连续刚构桥发展史PC连续刚构桥PC连续刚构桥比PC连续梁桥和PCT型刚构桥有更大的跨越能力。近年来，各国修建PC连续刚构桥很多，随着世界经济发展，PC连续刚构桥将得到更快发展。1998年挪威建成了世界第一stolma桥（主跨301米）和世界第二拉夫特桥（主跨298米），将PC连续刚构桥跨径发展到顶点。我国于1988年建成的广东洛溪大桥（主跨180米），开创了我国修建大跨径PC连续刚构桥的先例，十多年来，PC梁桥在全国范围内已建成跨径大于120米的有74座。世界已建成跨度大于240米PC梁桥17座，中国占7座，其中西部地区占5座（表五）。1997年建成的虎门大桥副航道桥（主跨270米）为当时PC

2、连续刚构世界第一。近几年相继建成了泸州长江二桥（主跨252米）、重庆黄花园大桥（主跨250米）、黄石长江大桥（主跨245米）、重庆高家花园桥（主跨240米）、贵州六广河大桥（主跨240米），近期还将建成一大批大跨径PC连续刚构桥。我国大跨径PC连续刚构桥型和PC梁桥型的建桥技术，已居世界领先水平。表五：世界大跨度预应力混凝土梁桥序号桥名国家建成年代跨径(m)结构型式1Stolma桥挪威199894+301+72PC连续刚构2Raftsundet桥挪威199886+202+298+125PC连续刚构3Asuncion桥巴拉圭1979270多跨带铰PCT构4虎门大桥副航道桥中国1997150+27

3、0+150PC连续刚构5Gateway桥澳大利亚1985145+260+145PC连续刚构6Varodd-2桥挪威1994260PC连续梁7泸州长江二桥中国2001145+252+54.8PC连续刚构8Schottwien桥奥地利1989250PC连续刚构9Doutor桥葡萄牙1991250PC连续刚构10Skye桥英国1995250PC连续刚构11Confederation桥加拿大1997165+43250+165带挂梁PCT构12重庆黄花园大桥中国1999137+3250+137PC连续刚构13黄石长江大桥中国1995162.5+3245+162.5PC连续刚构14滨名大桥日本197655

4、+140+240+140+55PC有铰T构15江津长江大桥中国1997140+240+140PC连续刚构16重庆高家花园大桥中国1997140+240+140PC连续刚构17贵州六广河大桥中国2000145.1+240+145.1PC连续刚构世界大跨径梁桥排名(2002.10)序号 桥名 主跨(米) 结构形式 所在国家 建成年限 1 Stolma桥 302 PC连续钢构 挪威 1998 2 Raftsunder桥 298 PC连续钢构 挪威 1998 3 Asuncion桥 270 PCT构 巴拉圭 1979 4 虎门大桥副航道桥 270 PC连续钢构 中国 1997 5 Gateway桥 2

5、60 PC连续钢构 澳大利亚 1985 6 Varodd-2桥 260 PC连续梁 挪威 1994 7 Schottwien桥 250 PC连续钢构 奥地利 1989 8 Doutor桥 250 PC连续钢构 葡萄牙 1991 9 Skye桥 250 PC连续钢构英国 1995 10 重庆黄花园嘉陵江大桥 250 PC连续钢构 中国 1999 连续刚构桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的优点。但与同类桥（如连续梁桥、T形刚构桥）相比：多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便

6、，造价较低。多跨连续-刚构桥则在主跨跨中设铰，两侧跨径为连续体系，可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂，以加大主跨的跨径。典型的连续刚构体系对称布置，并采用平衡悬臂施工方法修建。漫谈大跨径连续刚构桥摘要：连续刚构桥是现代桥梁类型中的一个重要组成部分。本文就连续刚构桥的特点做了分析介绍，并对其存在的一些病害进行了探讨，有一定的工程指导意义。 关键词：连续刚构，特点，病害1. 引言随着社会经济的高速发展，作为基础设施的桥梁，其发展势头也是很强劲的。预应力混凝土连续刚构桥作为近些年发展迅速的桥型也日益受到关注。表1 国内已建成的大跨连续刚构Table1 long span rigid fram

7、e continuous bridge in China序号桥梁名称国家跨径建成年1门道（Gateway）桥澳大利亚145+260+14519852Schottwien桥奥地利25019893Doutor桥葡萄牙25019904Skye桥英国25019955广东虎门大桥辅航道桥中国150+270+15019976苏通长江大桥辅航道桥中国140+268+14020087云南元江大桥中国58+182+265+194+7020028福建宁德下白石大桥中国145+2260+14520039四川泸州长江二桥中国145+252+54.8200010重庆马鞍石嘉陵江大桥中国146+3250+14620021

8、1重庆黄花园嘉陵江大桥中国137.16+3250+137.1619992. 预应力混凝土连续刚构桥特点连续刚构桥的特点是：跨越能力大，受力合理，结构整体性能好，抗震能力强，抗扭潜力大，造型简单，维护方便。主梁连续、梁墩固结，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构桥不设支座、施工时不需临时固结的优点，便于悬臂施工，且具有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能很好地满足较大跨径桥梁的受力要求。另外，双薄壁墩的柔性对桥梁承受温度变形、减小墩身材料、削减墩顶负弯矩及增加施工稳定性都有一定的益处。跨径在200m300m范围内，连续梁桥在跨越能力方面（目前国内外跨径超过200m的连续梁寥

9、寥无几）、拱桥在施工简易方面以及斜拉桥和吊桥在经济指标方面都明显不如连续刚构桥。因此，尽管其起步较晚，但近二十年来却得到了较大发展。3. 病害成因分析目前一些大跨径预应力混凝土连续刚够桥出现的病害主要集中在两个方面：一是主梁的跨中下挠问题，主跨245m的某大桥，最大下挠达到32cm，主跨270m的虎门大桥辅航道桥，建成5年后，在2002年已下挠17cm，远超过原设计预留的10cm的徐变预拱度；二是箱梁的开裂问题，包括主梁腹板边跨靠近现浇段及中跨1/4L3/8L段腹板出现的斜裂缝、主梁箱梁地板跨中部分预应力张拉锚固后出现的纵向裂缝及墩顶横隔板的竖向和横向裂缝等。连续刚构病害的产生，究其原因可以归

10、纳为设计、施工、材料、运营管理等四个方面。这里主要谈设计方面的原因。3.1主梁下挠1. 对混凝土徐变的影响程度及长期性估计不足。大跨度连续刚构桥跨中下挠过大不仅影响其外观及行车，而且对其受力也将产生一定影响，从设计的角度来分析其原因主要是对混凝土徐变的影响程度及长期性估计不足。2. 有效预应力对混凝土徐变的影响。有研究表明，徐变变形随有效预应力增大有明显减少的趋势，反之亦然。因此大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁若有效预应力较小，则徐变变形可能增大，导致主梁下挠变形加大。反之，混凝土徐变变形加大，预应力束的应力损失也相应加大，进一步减小了预应力度，从而导致主梁下挠变形值加大。3.2 箱梁腹板开裂从

11、上世纪90年代，在箱梁桥的设计中，较普遍地取消弯起束，而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工，可以减薄腹板的厚度。但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保证，教训是斜裂缝大量出现。目前已认识到取消弯起束是不妥当的！于是重新回到设弯起束的正确轨道上来。但为此已付出了代价。设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，但很不够，没有考虑横向的影响。不考虑横向应力的影响，必然使计算的主拉应力值偏小。正如苏通大桥副桥连续刚构设计一文所说，“经计算分析，箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大。考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值”。此外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变

12、也会使腹板中的剪应力加大，从而增大主拉应力。因此，应该按三维进行分析。过去大跨径梁桥出现较多斜裂缝，重要原因之一是与设计上对主拉应力估计不足有关。腹板偏薄，配置普通钢筋偏少，也会导致腹板斜裂缝的产生。在箱梁腹板内外侧均有可能存在横向拉应力，当配筋不足时会在腹板发生纵向裂缝。变截面箱梁的底板由于施加预应力而产生径向力，当底板横向配筋不足，会在底板横向跨中下缘及横向两侧底板加腋开始的上缘，出现纵向裂缝。参考文献：1. 杨高中.连续刚构桥在我国的应用和发展J.中国公路学报.1998.62. 范立础编著.预应力混凝土连续梁桥.人民交通出版社.1988.2从年我国第一座连续刚构桥建成到现在已经年了 ,年

13、中连续刚构桥以其结构简单、受力合理而得到广泛的应用和迅速的发展。虎门大桥辅航道桥以其主跨的跨径跃居世界现有同类桥型的首位。随着新问题的出现及其解决 ,将进一步推动本桥型在我国的应用和发展 .最大跨径连续刚构桥合龙本报讯(记者王丰通讯员刘德联)11月11日早晨6时20分，在时速350公里的广深港铁路客运专线现场，经过中国铁建十四局集团的精心施工，全长168米的连续刚构桥全部成功合龙（见图，王丰摄），创中国铁路连续刚构桥跨径之最。位于沙湾镇境内的沙湾水道特大桥全长18.081公里，主桥跨沙湾、紫坭水道，其中有4孔主跨连续刚构桥梁每跨168米，桥高45米，建于国家一级航道的深水中，水中墩水深13米，

14、大桥建设为广深港铁路客运专线建设的重难点工程。大桥主跨设计为168米长的双跨连续刚构梁，这在中国铁路建设史上还是首次。施工难度大，科技含量高。承担本工程建设的中国铁建十四局集团广州工程指挥部专门成立了科技攻关小组，并聘请了有关专家作为技术顾问，共同对本桥进行线型和应力监控。因沙湾水道特大桥个主墩位于沙湾水道正中间，河床为裸露基岩，承台设计全部深埋于河床基岩中。按照正常施工方法，双壁钢围堰根本无法下沉到位。在集团公司专家组和项目部多次调查论证后，决定采用水下爆破法先开挖水下基坑，再下沉双壁钢围堰的方法。客运专线168米双主跨连续刚构桥施工目前国内尚无成功经验，而且本桥采用无砟轨道，梁部采用先中跨

15、后边跨的合龙方式，对悬灌梁施工过程中线形、应力控制和成桥后跨中挠度要求都非常之高，难度很大。项目攻关小组对大桥梁部首先对施工荷载、桥梁恒载、机车活载、温度影响等进行了准确地建模计算，施工中攻克多个技术难题。新规范下大跨连续刚构桥长期挠度计算的反思王培金1,2 盛洪飞1 孙 飞1（1 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 哈尔滨 150090(2 山东省交通规划设计院 济南 250031）摘要：提高对混凝土收缩徐变的长期预测精度，是大跨度桥梁设计中要解决的一个关键问题。考虑新规范中可变作用准永久值的影响，分三个阶段对大跨度预应力混凝土连续刚构桥的徐变变形进行理论分析，探讨预测大跨度连续刚构桥长期挠度

16、的方法，为此类桥梁的长期挠度预测及改进设计方面提供依据。关键词：桥梁工程；准永久值；分阶段；连续刚构；徐变变形；长期挠度预测0 前 言现有大跨度连续刚构桥跨中下挠过大已成为一种普遍的现象，尤其后期变形继续加大的问题出乎设计预测之外，这也是广大工程师们十分头疼的问题。究其原因主要是对混凝土收缩徐变的影响程度及长期性严重估计不足。预应力混凝土连续刚构桥由于混凝土的固有性能收缩徐变的影响，必然会造成桥梁结构的几何线型和内力状态随时间而发生变化，某建于1997年的主跨270m连续刚构桥，至2003年12月，实测下挠了22；某主跨245m的一座同类结构的大桥，跨中也严重下挠，最大达32。许多大跨度桥梁都

17、有类似的现象，这会使桥梁运营期内出现不良线型而引起乘客的不舒适感，甚至危及高速行车时的安全。文献1对主跨270m的连续刚构桥进行了连续7年的长期观测，结果是其主跨跨中挠度因混凝土徐变、收缩等因素逐年增长，而且尚未停止。因此提高混凝土收缩徐变的长期预测精度对连续刚构桥长期变形的分析和控制具有非常重要的现实意义。本文的分析方法可对该类型桥的使用状况有一个直观的认识，探索出一个较准确预测大跨度连续刚构桥长期挠度的方法，为此类桥梁的长期挠度预测及改进设计方面提供依据。1 预测长期挠度的方法徐变变形预测的传统方法仅考虑一、二期恒载的长期作用，实践证明，该方法对混凝土收缩徐变的影响程度及长期性估计不足，即

18、目前对徐变变形还难于从理论上给出非常准确的预测，因此对实桥进行挠度观测和理论计算研究就显得非常重要。新规范2采用以概率理论为基础的极限状态法，以大量调查实测资料和试验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各随机变量的统计规律，规定在长期效应组合中应考虑可变作用准永久值的影响，使结构设计更符合客观实际。本文拟用文献1提供的某主跨270m连续刚构桥挠度长期观测的实测数据，考虑新规范中的准永久值来对理论徐变计算值进行验证，并通过有限元分析，最终对成桥后的长期徐变变形给出较准确的预测。 由于桥梁结构在营运状态下的应力一般不会很大(一般)，可以应用混凝土的线性徐变理论，分批施加应力所产生的应变满足叠加原理

19、。故本文分如下三个阶段对实桥的徐变变形进行分析：第一阶段是在主体结构施工完成后但尚未进行二期恒载施工的间隙时间；第二阶段是二期恒载施工完成后但尚未通车的传统长期徐变挠度预测方法；第三阶段是考虑准永久值后运营期内的长期挠度预测。2 桥例分析2.1工程简介某主跨270m的双壁墩预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为150m+270m+150m，主梁采用变截面箱形形式，桥宽31 m，分上下平行的2个单独桥方案，单桥宽15 m，上部构造采用悬臂浇筑的施工方法，其挠度长期观测数据如表1所示（只列出一幅桥（左线桥）的主跨跨中挠度的数据进行分析）。表1 主跨跨中累计挠度实测数据时间(年月)19971219980

20、5199903200001200011200112200212200312挠度()00.6360.3196.83137.69161.92179.6207.492.2计算分析本文使用大型通用有限元程序ANSYS对该桥的徐变变形及其随时间的发展规律进行3维有限元分析。利用ANSYS的用户程序特性（UPFs）进行2次开发，嵌入新规范中混凝土的徐变公式，混凝土的收缩按降温法等效考虑，利用ANSYS中单元的生死功能模拟施工过程。建模时混凝土部分采用solid95实体单元；预应力钢筋采用link8单元，ANSYS中考虑预应力的方法有很多种，如等效荷载法、初始应变法、降温法，本文采用初始应变法，将混凝土和预

21、应力筋沿桥梁纵向划分为若干单元，可以实现混凝土与预应力钢筋共同工作，通过每个单元不同的实常数模拟力筋各处不同的应力，可以模拟应力损失的影响。但是该模型未考虑灌浆过程，即对于力筋的滑动问题，实桥采用后张法施工，在张拉过程中，力筋与混凝土之间没有粘结，存在接触与滑动，同时该阶段应按净截面计算应力，在张拉完毕灌浆后混凝土与力筋建立了粘结，实际上该简化对计算结果影响非常小。其有限元模型见图1所示，该桥是按全预应力进行设计，因为现关心的是徐变变形，以下计算仅给出徐变变形的计算结果，最后再与实测结果进行对比分析。2.2.1第一阶段主体结构合拢后但尚未进行二期恒载施工的徐变变形 表2为桥梁主体结构合拢后随龄

22、期而增长的徐变变形值，可以看出：徐变引起主梁上拱（负值），中孔跨中的徐变上拱变形均随时间而增长。表2 桥梁主体结构合拢后随龄期而增长的徐变变形值合拢后的天数（d）102030405060 中孔跨中竖向变位（mm）-2.74-4.58-6.57-8.71-10.71-12.28以上结果表明：在一期恒载作用下的徐变变形随时间上挠，这对于后期的徐变变形是有利的，因此，尽量推迟二期恒载的施工时间能够减小后期的徐变变形。但是，在实际工程中往往工期比较紧，混凝土强度上来之后便立即施工二期恒载，下面假设二期恒载的施工周期为40天。2.2.2第二阶段二期恒载施工完成后的长期徐变变形 全桥合拢后，二期荷载的施工

23、周期为40天，此时二期载施工完成后的跨中长期徐变挠度随时间的计算结果如表3所示。可以看出，一、二期恒载共同作用下的长期徐变变形是下挠的，并且下挠值随时间的增长而增长，到300天基本达到徐变半终值，1800天后基本趋于稳定。表3 二阶段徐变挠度随时间的计算结果/持荷时间（d）1504507501050144018002160跨中竖向变位34.7253.6668.3673.3477.6679.7181.65注：表中持荷时间指二期恒载施工完成后开始的。2.2.3运营阶段考虑准永久值以后的长期挠度预测 按旧规范的传统长期徐变挠度预测的方法仅考虑一、二期恒载及预应力效应；新规范2将可变作用准永久值作为长

24、期效应组合的一部分进行正常使用极限状态设计，据此对考虑准永久值后的长期挠度作如下分析：表4 三阶段考虑准永久值后的徐变挠度随时间的计算结果/持荷时间(d)1504507501050144018002160中孔跨中竖向变位58.4997.74130.02158.19163.60168.44172.87注：表中持荷时间指二期施工完成后开始的。按实际工程中二期恒载的施工周期40天，二期恒载施工完成后即通车，分析结果如表4所示，由表可以看出，第三阶段的徐变变形也是下挠的，并且其下挠值随时间的增长而增长，计算值也比第二阶段大得多，更接近于实测值。3 理论分析上述第二、三阶段的长期挠度计算值与实测值的对比

25、见图2所示。注：横坐标中的天数是根据实测值年限换算得到的。图2 第二、三阶段长期徐变挠度计算值与实测值的对比三个阶段的理论计算结果和实测值对比分析表明：第二阶段的理论值与挠度实测值有较大的差距，两者之间的差值在40%左右，最大达61%；考虑准永久值影响的第三阶段理论计算值与实测值相差不大，预测7年的徐变变形差值仅为16.7%。因此应用三阶段进行分析和推算桥梁营运期的长期徐变变形的方法是可取的。但是，第三阶段5年后的长期预测挠度值与实测值仍存在一定的偏差，笔者分析认为，其主要原因是钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构除了承受恒载作用外，还要承受循环荷载（短期效应组合中的可变作用频遇值）的作用，使得混

26、凝土结构的疲劳在长期性能分析方面成为不可忽视的问题3， A.M.Qzellhe和E.Ardaman4进行了8片预应力钢筋混凝土梁的疲劳试验，结果表明：在疲劳加载的前期，梁的变形很小，在加载后期，梁的挠度有显著的增大，这也同时验证了上述理论分析的正确性；另外，由于双薄壁墩连续刚构桥主墩的受力特点（墩顶、底弯矩大；边墩内外两片墩身的轴力差大；整个结构受温度影响大）使两片墩的变形不同，这也可能是主梁后期竖向挠度增大的一个因素。但是目前上述因素对长期徐变变形影响的定量计算尚未提出，为此，笔者建议，使用阶段的长期挠度预测，应按三阶段分析的结果，考虑混凝土结构的疲劳及温度长期效应的影响，在5年后乘以1.1

27、51.25的长期增长系数更符合客观实际情况。对一主跨130m的预应力混凝土连续刚构实桥（吉林省红岭河高架桥）进行了三阶段分析，该桥墩柱采用双薄壁式柔性墩，最大墩高45m。预测的长期徐变挠度乘以1.2倍的长期增长系数后值为4.23，并按此设置了5的预拱度。4 结 语通过以上分析得出如下结论：(1) 施工期允许的情况下，尽量推迟二期恒载的施工时间，对减少长期徐变变形是有利的。(2) 分析和推算桥梁的长期徐变变形应考虑新规范中准永久值的影响。(3) 综合考虑混凝土疲劳及温度长期效应的影响，按上述三阶段预测的结果，在5年后乘以1.151.25的长期增长系数更符合客观实际情况。参考文献：1 杨志平,朱桂

28、新,李卫.预应力混凝土连续刚构桥挠度长期观测J.公路,2004,(8).2 JTG D62-2004,公路桥涵设计通用规范S.3 查全璠,肖建庄.钢筋混凝土梁疲劳性能国内外研究综述J.世界桥梁,2004(3).4 A.M.Qzellhe,E.Ardaman.Fatigue tests of pre-tensioned prestressed beams J.ACI Journal Proceedings.1956,53(10):413-424.1.Analysis of Seismic Response of Railway Curved Frame Bridges 铁路曲线刚构桥地震反应分析

29、收藏指正 2.Analysis of Temperature Effect of Large Span Continuous Rigid Frame Bridge 大跨径连续刚构桥的温度效应分析收藏指正 3.Analysis of Shear Lag Effect of Continuous Rigid Frame Bridges 连续刚构桥的剪力滞效应分析收藏指正 4.Investigation on Local Stresses in Anchorage Zone of Continuous Rigid Frame Bridge 连续刚构桥锚固区局部应力的研究收藏指正 5.Construction Control of Dali-Baoshan Expressway Continuous Rigid-Frame Bridge in Yunnan 云南大保高速公路连续刚构桥施工控制收藏指正 6.Analysis of Stabilization for High Pier and Long Span Continuous Rigid Frame Bridge 高墩大跨径连续刚构桥稳定性分析收藏指正 7.The status quo and developing trends of large span pr