探究连续刚构桥存在的问题及成因分析

探究连续刚构桥存在的问题及成因分析

李亮

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074）

摘要：连续刚构桥为多次超静定结构，成桥后受力状态和线形难再进行二次调整。随着使用年限的增加，温度变化、地基沉降等引起的次内力以及运营过程中承受的活荷载导致连续刚构桥出现多种病害，包括横向裂缝、纵向裂缝及主梁下挠等，以主梁下挠为研究重点，对主梁出现该病害做了深层次的成因分析，并总结出合龙段的施工工艺对连续刚构桥的使用性能影响比较大，有必要对合龙段施工作进一步的研究。 关键词：连续刚构桥病害主梁下挠成因分析合龙段

1 前言

我国是世界上修建预应力混凝土连续刚构桥最多的国家之一，一方面，这种现状充分展示了我国在该桥型建设上取得的历史性创新和成果，但在另一方面，也出现了令人担忧的现状：随着预应力混凝土连续刚构桥跨度的增大，运营年代不断增加，许多连续刚构桥或多或少出现了不同程度的病害，使得桥梁结构过早失效和破坏，不得不不进行必要的维修加固，对桥梁的安全运营造成了极大的威胁。并且，高墩大跨连续刚构桥是一种多次超静定的刚性体系，体系一旦形成，其受力情况就很难进行再次的调整，需要对桥梁的病害做深入的分析，并对具体病害尽量提出修复办法。

2 存在的问题

自我国第一座大跨预应力混凝土连续刚构桥——180m的广东洛溪大桥建成至今，桥梁界专家普遍认为该类桥的建设技术已经相当成熟。但是，随着这类桥的建成运营，问题开始出现。问题之一就是两端开裂严重，甚至有些桥在建造期间就已经出现这类问题，运营之后，裂纹不断的增多；而有一些桥梁的裂纹则是在运营后出现的。其中梁体裂纹多出现在腹板，呈竖向或横向的裂纹；有些桥梁跨中底板上出现横向的裂纹；薄壁墩顶部梁体裂纹多出现在横隔板上，横、竖方向都有。裂缝的严重程度各桥有别，有些桥甚至有贯穿裂纹。预应力混凝土连续刚构桥的另一个严重的问题就是下挠现象。按照规范，通常修建此类桥时会设置一定的预拱度，预拱度的大小是考虑了设计的运营荷载所产生的挠度和全桥成型时的收缩徐变因素的影响。但是，许多大跨度预应力混凝土连续刚构桥的下挠却在设置了预拱度以后，仍然呈现出发展的趋势。许多该类桥运营后下挠度逐年递增，从最初的几毫米发展到后来的数百毫米，严重影响到汽车的正常行驶，甚至有些桥在运营十多年以后，挠度还在继续的增加［33］。这与以前认为的徐变挠度三年后基本完成的结论是不相符的，需要进一步研究其成因。

3 成因分析

对于预应力混凝土连续刚构桥的裂缝与下挠这两种主要病害而言，原因是多种的。分析裂缝，很大一部分原因是由于大体积的混凝土在桥梁修建以及成型过程中，温度差及收缩徐变较大。也有桥梁腹板开裂的情况，这种裂缝的成因很有可能是因为主拉应力偏大，边跨预应力束以直束为主，未考虑利用弯起束来克服主拉应力，这种情况产生的裂缝在设计之初是可以避免的。另外，裂缝的形成还与桥梁超负荷运营有关。由于社会经济的发展，交通量也在不断的增加，原来的设计荷载已远远不能满足当前要求，在管理欠缺的情况下，连续刚构桥长期超载，也会导致裂缝的形成。而跨中持续下挠，却是一个复杂的问题，归纳起来的话，有以下几种成因：

（1）混凝土为各向异性材料，离散性大，设计采用的理论参数与实际参数存在差异，因此准确预测混凝土收缩徐变引起的下挠比较困难。

（2）主梁坐标定位误差。主梁定位是控制主梁线形最重要也是最直接的手段，由于温度对结构影响较大。主梁定位应该尽量于早晨日出前完成。并由专人进行，并需进行复核。确保定位误差能够控制在允许范围以内。

（3）对各施工阶段主梁挠度值控制不足，导致成桥后存在初始挠度，以至于结构在运营期间，长期荷载导致徐变挠度不断增加。

（4）预应力束的布置方式和预应力度的大小对下挠也有较大影响。预应力体系作用效应对长期挠度的影响主要体现在两个方面：永存有效预应力的准确预估和预应力束的合理布设。在实际工程中，预应力损失的影响因素有很多，如锚具变形和钢筋内缩、预应力筋与孔道壁之间的摩擦、预应力筋与混凝土的热膨胀系数不同、钢筋应力松弛以及混凝土的收缩徐变等等，要想完全准确的预估永存有效预应力是比较困难的。

（5）梁体下挠会导致开裂，开裂又增大下挠，二者相互促进，形成恶性循环。 （6）温度变化直接影响下挠，这主要是因为温度始终变化无常，而且在同一时刻，结构各部分也存在温差。同时，温度测量也比较困难，一般情况下，只能测气温，而气温和结构温度是有很大差别的；

（7）合龙段施工方法不当将导致不利的成桥应力状态，直接影响恒载下的下挠。合龙是悬臂施工预应力连续刚构桥的重要步骤，尤其是在多跨高墩预应力连续刚构桥中，合龙顺序的选择将对成桥线形和受力状态都有很大影响。

（8）施工误差的影响。施工时由于各施工人员经验或者施工交接等原因，会导致在施工工程中产生一些人为的误差，同时，如果施工现场出现不可抗力产生的原因，比如停电、突遇洪水等原因，导致施工延误的，也有可能产生误差，此类误差一般不能避免。

总结多种原因之后，查阅大量资料，作者发现，合龙段的施工工艺对连续刚构桥的使用性能影响是比较大的，因此，有必要对合龙段施工作进一步的研究。

本文小结

虽然连续刚构桥有诸多优点，但是在长期使用过程中，问题却一步步开始暴露出来。由于连续刚构桥一般采用对称结构悬臂施工修建，存在合龙段，因此，本文对连续刚构桥大部分病害及成因的分析都是基于合龙段影响的基础之上，由此可见，合龙段对连续刚构桥成桥的线形和内力都产生着巨大而深远的影响。

参考文献

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[3] 周军生，楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的发展现状和发展趋势[J].中国公路学报，2000.13(1):31-37.

[4] 马葆林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社，2001

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a0h.html