浅谈大跨径预应力混凝土箱梁长期下挠问题

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1、浅谈大跨径预应力混凝土箱梁长期下挠问题姬铭刘向风张坤(山东水务投资有限公司，山东，250031)【摘要】首先介绍了部分大跨径预应力混凝土桥梁长期下挠情况，影响大跨预应力箱梁长期下挠的主要影响因素，然后介绍了国内外学者对收缩徐变和箱梁开裂对长期下挠的影响研究概况，以及长期挠度的预测方法，最后列举了部分桥梁长期下挠控制和改善措施。1引言大跨径预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构性能和优美的外形在世界各地得到了广泛的应用。但是近年来，随着跨度增讼，主梁的下挠问题H益突岀，已具有广泛的普遍性，其主要特点表现为:(1)挠度长期增长，增长率随时间可能呈加速、降低或保

2、持均速变化的趋势;(2)结构的长期挠度远大于设计计算的预计值。主梁的下挠问题不仅导致养护费用的大幅增加，破坏桥梁的美观，更重要的是造成桥梁结构安全度的降低。牛艳伟等以2座悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥(跨径组合：75m+125m+75m；65m+100m+65m｝为背景，对其成桥I•年以来的长期挠度和裂缝的发展特点进行了研究。他们对其成桥后历年的实测挠度进行了阐述，发现桥梁跨中下挠的发展趋势呈现出“快速一缓和一加速”的特征。图1为拟合后的主梁跨中挠度发展趋势。据不完全统计，国内跨径在100-160m的预应力混凝土梁桥，跨中年均下挠0.5-1.0cm;

3、跨径在160-220m的，跨中年平均下挠l-2cm;跨径在220-270m的，跨中年平均下侥2-3cm,而且长时间难以穏定。2大跨径预应力混凝土箱梁桥下挠的影响因素研究预应力混凝土箱梁桥的挠度实际上是两部分总体作用方向相反的效应综合平衡的结果。作用效应一就是结构体木身的恒载与活载作用，另一个就是桥梁预应力体系提供的作用效应。从结构体本身的作用效应上来说，除了荷载作用，结构刚度是影响挠度的主要因素，而箱梁的刚度受结构布置、混凝土开裂程度、预应力束的布置方式与预应力度大小、混凝土收缩徐变特性与疲劳特性等因素的影响。另一方面，预应力体系对挠度的作用效应受预

4、应力的布置和有效预应力的大小所左右。影响预砬力混凝土桥梁长期挠度的主要因素奋：混凝土收缩和徐变、荷载与自重、预加力大小及预应力筋轮廓线的线形、截面尺寸及跨度、混凝土的弹性模量、预应力钢材性能(奋无屈服平台)、钢材松弛值以及构件的端部约束等。2.1混凝上收缩徐变对长期挠度的影响研究众所周知，混凝土的收缩徐变可以引起预应力混凝土结构的预应力损失。在大跨度桥梁结构中，混凝土收缩徐变是影响大跨径预应力混凝土梁桥(刚构桥)主梁下挠不可忽视的因素。对于收缩徐变的研究提出了大量的计算模型，像CBE-FIP(MC78)/(MC90)/(MC99)、ACI209R-8

5、2、ACI209R-92、Baant和Panula的BP、BP-2模型、BaantB3模型等，然而预测都没奋达到理想的程度，混凝土收缩包括干燥收缩，碳化收缩和自由收缩等，导致混凝土的收缩远较0前理论的估计值大II持续时间长。GardnerNJ等提到由于混凝土裂缝的出现及其较低的早龄弹性模量，这些结构(构件)在施工期荷载的作用下会产生较大的瞬吋挠度，冋吋由于收缩及伴随着高强应力而发生的徐变，结构的时效变形可能会大得不可接受。RobertsonIN提供了一座高架桥9年的监测结果，根据设计参数计算得到的理论长期挠度值和实测值不符，要得到合理的长期挠度值需要

6、改进材料收缩和徐变特性。在施工方式、交通和温度变化造成的反复荷载对混凝土弹模长期变化及对收缩徐变性能的影响方面，国内外的研究还比较少，我国大跨径预应力混凝土箱梁桥广泛采用的是现浇悬臂施工方法，不但混凝土的加载龄期很短，而且移挂蓝、浇注梁段和张拉预应力的施工过程加上日温度的变化，对于已浇梁段的实际上是一种反复循环加载的效应，尽管这种反复荷载可能量值上不大，但己知新浇混凝土一般对任何形式的加载都是敏感的，在很短的龄期后就承受反复荷载的作用，线性徐变叠加理论是否仍然适用值得怀疑。2.2箱梁开裂对长期挠度的影响研究一旦出现结构开裂，结构的下挠变化的机理将变得

7、异常复杂，下挠现象也会迅速恶化。这是因为:(1)混凝土的开裂引发预应力与混凝土收缩徐变的强烈耦合效应，即混凝上的开裂改变断面应力状态和开裂断面形心，徐变规律和预应力对结构的效应也随之变化，内力重分布，反过来又影响结构开裂;(2)活载、温度的反复作用将使桥梁的裂缝宽度和长度不断扩展;(3)由于开裂，结构的耐久性遭到破坏，结构材料的退化大大加快。(4)结构严重开裂可以导致结构受力体系的变化，整体刚度受到削弱。但由于不确定性和影响因素的强烈耦合，研究难度极大，包括量化的影响机理及相应的计算方法的研究都处于初级的阶段，成果极少。混凝土开裂与结构变形之间的关系

8、可以通过图2来反映。主梁刚度冇弯曲刚度和剪切刚度，通常梁的挠度主要由弯曲刚度(弯矩)控制，但是，对于薄腹箱梁