大跨径预应力混凝土连续梁桥合拢施工研究 刘方华 陆海军 刘美茂

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1、大跨径预应力混凝土连续梁桥合拢施工研究南京绕越高速公路RY-DN5标项目经理部刘方华陆海军刘美茂摘要：本文主要分析了大跨径预应力混凝土连续梁桥底板开裂的原因，同时以秦淮河特大桥为依托，对大跨径预应力混凝土连续梁桥合拢施工进行了研究，提出了一些保证桥梁预应力度和避免箱梁底板开裂的方法和措施。关键词：预应力混凝土底板开裂中跨合拢前言连续梁桥结构体系具有变形小，结构刚度好，伸缩缝少，行车平顺舒适，养护简单，抗震能力强等优点。悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥作为无支架施工方法，有利于通航河流、深山峡谷和城市立交等建桥。目前，悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥得到迅速发

2、展，并成为当代桥梁建筑中最基本的桥型之一。预应力混凝土梁桥通过纵向预应力筋来提供混凝土主梁各截面的预压应力，以保证各个截面的强度储备。一方面，为保证桥梁结构强度和耐久性，避免因预应力度不足而导致桥梁跨中下挠现象的发生，设计方一般需按设计规范足额进行预应力筋配置。另一方面，由于预应力度偏大，加之设计构造及施工方面的缺陷，合拢束张拉后，箱梁底板即出现开裂；或者施工时无明显开裂现象，但底板内部已出现细微裂缝，待桥梁运营一段时间，底板开裂便表现出来。底板开裂现象随时间发展愈加严重，底板开裂越严重，桥梁预应力损失越大，如不采取有效措施，跨中下挠便随之发展，轻则

3、影响桥梁的耐久性、重则导致桥梁承载能力下降，甚至危及桥梁的安全。本文以秦淮河特大桥施工为依托，对大跨径预应力混凝土连续梁桥合拢施工进行了研究，提出了一些保证桥梁预应力度和避免箱梁底板开裂的方法和措施。161工程概况秦淮河特大桥是南京绕越高速公路东南段的一座特大型桥梁，桥梁全长1765.315m。主桥上部结构为三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，主跨112m，两边跨均为64m，采用挂篮悬臂浇筑法施工（图1为秦淮河特大桥主桥立面图）。主桥箱梁采用单箱单室断面，主墩顶梁高6.384m，跨中截面梁高2.584m，梁高沿跨径方向按1.5次抛物线变化。箱梁顶板宽16

4、.75m，底板宽8.35m，翼缘板悬臂长4.2m。箱梁半主跨共分17个块段，边跨共分18个块段（其中0~16号块与主跨划分一致）。主墩顶6m为0号块，1号块长3m，0、1号块共长12m，采用支架现浇；2~8号块长3m，9~15号块长4m，为悬浇块段；16号块为合拢段，长2m；边跨17号块为支架现浇段，长6.9m。图1秦淮河特大桥主桥立面图2中跨合拢底板开裂的原因分析近年来，宁淮高速公路马叉河桥、沪宁扩建京杭运河桥等桥梁，中跨合拢过程中或合拢后出现了底板开裂事故。不少桥梁界专家对此进行了分析，提出了相应的观点。2.1设计成桥状态下应力与施工状态下应力的

5、差异中跨合拢预应力束张拉后，底板出现开裂，说明底板合拢束预应力度“偏大”。但从设计的角度讲，设计方必须按设计规范足额进行预应力筋配置。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）6.1.2条款之规定，大跨径（跨径大于100m16）预应力混凝土梁桥一般按全预应力混凝土构件设计，此类构件在荷载短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不允许出现拉应力。在成桥状态下，在持久状况正常使用极限状态下，要求桥梁仍有一定的压应力储备，则在施工状态下，在二期恒载和车辆荷载未施加的情况下，中跨合拢预应力束张拉后底板的压应力更大。2.2混凝土泊松

6、比影响混凝土泊松比ν为0.15左右。对混凝土施加预应力时，在其内部必然会产生0.15倍左右的拉力，但混凝土的轴心抗拉强度远低于其轴心抗压强度（以C55混凝土为例，轴心抗压强度设计值为24.4MPa、轴心抗拉强度设计值仅为1.89MPa），一旦预应力引起的混凝土内部拉应力超过一定极限，必然导致其开裂。某事故桥梁应力监控得到的压应力值为15.8MPa，按0.15倍的比例关系推算，底板拉应力已达到2.37MPa。另外在混凝土施工过程中，不可避免会产生离析和梁体材质不均（底板合拢预应力束孔道之间间距较小，加之钢筋密集，混凝土粗集料不易进入）等问题，势必会进一

7、步消弱混凝土的抗拉能力。2.3底板线形影响实际施工时，由于施工工艺的限制，梁底不再是理论上的“曲面”，而是“连续折面”。以本桥为例，中跨合拢预应力束达18束，每束25根钢绞线，经计算单个折点处的径向分力达50.3kN。这对于横向跨径达8.35m、最小厚度仅为32cm的底板来讲，是一个很大的负担。2.4波纹管挖空影响以本桥为例，中跨合拢预应力束孔道间距为25cm，波纹管管径12cm，预应力孔道密集区波纹管挖空率达14％，势必会消弱混凝土的整体受力。2.5底板受力分析箱梁底板可以看成是无数的“横梁组合”，以承担中跨合拢预应力束径向分力。结构形式是两端固结

8、的超静定梁，波纹管大部分处于梁端的负弯矩区，单侧可视为悬臂结构，顶层钢筋受拉，但预应力束径向分力的作用点在顶