大跨桥梁持续下挠

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1、2005西宁《中外桥梁病害诊治大会》论文大跨梁桥持续下挠成因及其控制的结构措施§1、问题的提出§2、大跨梁桥持续下挠的成因§3、恒载“零弯矩”设计理念§4、桥梁悬臂施工§5、连续刚构合拢§6、恒载超重的恢复郭圣栋(江西省交通设计院)熊利华（中交四航设计院）张璟上官兴（华东交通大学土木建筑学院）23大跨梁桥持续下挠成因及其控制的结构措施郭圣栋1熊利华2张璟3上官兴3(1．江西省交通设计院2．中交四航设计院广州；南昌；3.华东交通大学南昌)摘要：本文从总结国内大跨梁桥持续下挠实际出发，在结构上提出“恒

2、载零弯矩”设计理念，为持续下挠的有效控制开拓一条新途径。§1、问题的提出自二十世纪五十年代在德国莱茵河上首创悬浇施工法以来，悬臂施工法预应力混凝土梁桥已成为许多国家广泛采用的桥型之一。但是近十多年来，我国不少的大跨预应力砼梁桥在通车5-8年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象。其中挠度最大者达32cm。特别是设计和施工质量甚好的270m虎门大桥辅航道桥，建成7年跨中下挠也达26cm，并发现了裂缝，震撼了桥梁界。国内一些大跨梁桥的持续下挠的不完全统计，其年速率如下：L＝100～160mf徐<1(cm/

3、年)L＝160～220mf徐＝1～2(cm/年)L＝220～270mf徐＝2～3(cm/年)跨中持续下挠是一个十分复杂的问题，影响因素也特别多。国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过不少研究，但都奏效不大。当前桥梁建设大好形式迫切需要一种新思维的产生。要用与时俱进观点对桥梁设计所存在的问题进行反思，对传统方法要勇于破除迷信。本文仅仅从结构原理出发来探索持续下挠的成因及其控制措施。§2.大跨梁桥持续下挠的成因2.1结构原因大跨梁桥最不利状态弯矩M0发生在最大悬臂施工状态，跨中出现较大的挠度f

4、。其基本原因在于箱梁上缘预应力设计不足。因为它选择成桥后运营状态(连续梁)，通过最不利荷载组合的内力包络图，按保留一定压应力储备并满足强度要求的原则来确定预应力弯矩MT大小。然而大跨梁桥实际施工图式为双悬臂图式，最大悬臂弯矩M0与上缘预应力弯矩MT之间存在很大的弯矩差Me＝M0－MT，由此在双悬臂梁施工中必然会产生跨中下挠f0。常规用预拱度来抵消f0，但在合拢后连续梁中Me并没有消除，因此还会继续发生持续下挠f1。如图1所示，某海湾一座设计的270m跨径的连续刚构桥，如按常规方法设计，仅箱梁自重合

5、拢前双悬臂状态下挠f0＝－24(cm)，合拢体系转换后f1＝－6(cm)，两者之和挠度∑f＝－30(cm)，高达跨径L/900之巨。可见在特大跨径中按常规方法设计上缘预应力，不考虑悬臂施工的实际情况将带来多么严重后果。23δ0＝24δ0＝24图1施工中不平衡弯矩Me产生挠度232.2预拱度预拱度是目前最常用的消除初始挠度(f0+f1)下挠的方法。即将梁的下挠值f反方向加在箱梁上，使梁面有一个抬高量δ，这个预抬高称“安装标高”。除施工所产生变形另外计算外，桥梁结构的预拱度有：自重、桥面和活载和运营若

6、干年后的砼徐变下挠。自重预拱度f0是指在箱梁在悬臂施工中预先设置一向上的拱度(计算挠度的反向值)。f1是箱梁自重在连续梁上的反挠度，桥面系重量在连续梁中挠度f2是二期恒载。活载预拱度fP则是考虑到使梁在运营状态时也能保持部分设计线形状态阶段。最后还有砼徐变(恒载不变砼内水分挥发产生塑性变形)下挠等。应当特别指出：设置“预拱度”方法虽能够使跨中标高符合设计要求，但它没有解决力的平衡问题，没有消除Me，所以运营若干年后，大跨梁桥随着砼徐变产生，跨中必定发生持续的徐变挠度ft。其值计算如桥规[JTGD6

7、2-2004]中6.5.6公式。2.3徐变挠度(1)徐变挠度计算公式为：(1)式中：ft：时间t的挠度t－计算所需龄期；t0－加载龄期f0－初始弹性挠度(自重+预应力)(2)徐变系数计算公式为：(2)式中：－名义徐变系数(表F2.2)，约在（1.8~3.5）范围－加载后徐变随时间发展的系数，(3)由上叙公式可见，徐变挠度ft与初始挠度f0成正比，而f0又与弯矩Me成正比。随着跨径l增大，Me和f0都急剧增加。因此通过设计手段减少了Me，也就减少了徐变挠度ft，这就是控制持续下挠的基本结构原理。(4

8、)初始挠度：(3)式中：Me＝悬臂自重弯矩（Mg）－上缘预应力弯矩（MT）－单位垂直力作用在跨中所产生的悬臂梁弯矩E－箱梁弹性模量；J－箱梁惯性矩由公式(1)可见，只要在结构设计中有效控制了初始弹性挠度f0的绝对值在一个很小范围内，那么砼徐变总挠度ft值也就不大，这样大跨梁桥持续下挠将得到有效的控制。2.4下挠绝对值控制在桥规[JTGD62-2004]第64页中6.5.3条规定《在消除结构自重产生的长期挠度后，梁式桥跨中最大挠度不应超过L/600》。由国内多年经验表明，从控制开裂出