结合实例研究连续刚构桥跨中下挠问题的起因及预防

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1、连续刚构桥跨中下挠问题的起因及预防结合实例研究连续刚构桥跨中下挠问题的起因及预防栗勇王鑫（北京市市政工程设计研究总院）[摘要]连续刚构桥是我国桥梁工程中最常用的结构形式之一，已建此类桥梁普遍出现了跨中下挠过大的病害。以一实桥为工程背景，从控制弹性挠度不足、施工原因导致的有效预应力的降低、预应力摩阻损失、结构开裂、施工超方以及活载长期作用等方面，讨论了各因素对跨中下挠的影响程度。通过对一些设计指标的控制、必要的构造措施以及合理施工方式的采取来降低和消除可能出现的病害。[关键词]连续刚构桥跨中下挠弹性挠度预

2、应力结构开裂施工超方引言连续刚构桥多为预应力混凝土结构，主梁为薄壁箱梁。该种桥型以其结构刚度大、行车平顺舒适、伸缩缝少和养护简便等一系列优点，备受业主、设计单位和施工单位的欢迎。从20世纪70年代起，预应力混凝土连续刚构桥在我国得到了迅速发展和广泛应用。目前在跨径40～150m范围内，预应力混凝土连续刚构桥已经成为主要桥型之一。然而，随着预应力混凝土连续刚构桥在我国各地的广泛应用，有关该种桥型的病害报告也越来越多，主要有跨中下挠过大、腹板斜裂缝、底板裂缝等。其中主跨跨中的持续下挠已经成为国内大跨径连续刚

3、构桥的一种普遍现象，跨中下挠的同时往往伴随着梁体腹板斜裂缝甚至底板横向裂缝的出现，不但给桥面行车带来不便，对结构本身来说也是很大的安全隐患[1]。本文以烂柴湾大桥为背景，分析跨中下挠问题可能存在的成因，并给出相应预防措施，为今后类似工程的设计、施工提供参考。1工程概况烂柴湾大桥主桥上部构造为70m+3×120m+70m五跨预应力混凝土连续刚构，引桥为1×45m预应力混凝土简支箱梁桥。结构总体布置见图1。图1烂柴湾大桥立面布置（单位：cm）主梁采用单箱单室大悬臂变截面PC连续箱梁，两端及中跨跨中梁高2.8

4、m(1/42.9中跨)，主墩墩顶根部梁高7.5m(1/16根部)，梁高按1.8次抛物线变化。箱梁顶宽12.00m，底宽6.0m，悬臂长3m。主梁设纵、竖预应力，纵向预应力分别采用钢绞线，布置在顶、底及腹板内。竖向预应力采用JL32精轧螺纹钢筋，布置在腹板内。桥墩采用双薄壁墩，薄壁墩横桥向宽度6m。连续刚构桥跨中下挠问题的起因及预防2跨中下挠影响因素分析2.1模型建立全桥静力计算采用平面结构计算软件《桥梁博士V3.2》，主梁、桥墩及基础均采用空间梁单元模拟，验算结构在施工阶段变形。主梁按全预应力构件设计,

5、桥墩按钢筋混凝土构件设计，混凝土收缩徐变按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》采用。2、3、4、5#轴桥墩桩基础采用嵌岩桩，底部按固结处理；分联处仅设置竖向约束，主梁与中墩固结。施工期间边跨合拢前边跨现浇段为简支体系，边跨合拢后进行体系转换，1、6#轴分联处取消水平刚性约束，结构离散图见图2。图2烂柴湾桥结构离散图2.2对控制结构弹性挠度的认识不足现在大跨径桥梁箱形截面越来越轻型，板件越来越薄，混凝土强度等级越来越高，使得徐变对结构跨中挠度的影响越来越大。混凝土徐变是依赖于荷载与时间有关的一种非

6、弹性性质的变形，影响混凝土徐变的主要因素包括：混凝土的配合比、水泥品种、环境相对湿度及温度、混凝土加载龄期、混凝土构件的有效厚度以及弹性应变。美国混凝土学会第209委员会1982年的报告曾指出，影响徐变的因素是随机变量，其变异系数至少也在15％～20％左右[2]。我国疆土辽阔，各地水泥、骨料、气候环境等影响混凝土徐变的因素均有较大差距，对混凝土徐变影响不易控制；弹性应变（影响混凝土徐变最直接的因素）相对确定，而且徐变变形与弹性变形基本同方向、成比例，因此烂柴湾大桥设计从控制结构在除混凝土收缩徐变外的弹性

7、挠度（包括施工阶段的弹性挠度，是结构自重、二期荷载和预应力钢束共同产生的，为跨中最大挠度）出发，进而控制混凝土徐变挠度，最终达到控制结构跨中下挠的目的。烂柴湾大桥采用悬臂浇注施工，施工阶段主要分为：悬臂施工阶段、合龙阶段、桥面系施工。其中悬臂施工阶段、合龙阶段可通过预应力钢束的张拉来调整结构弹性挠度。为简化计算，本文将悬臂阶段顶板束及腹板束、合拢段底板束规格均分别调整为8Φs15.2、12Φs15.2、16Φs15.2、19Φs15.2、22Φs15.2进行分析。连续刚构桥跨中下挠问题的起因及预防图2　

8、不同钢束对结构弹性挠度的影响图3　不同钢束对结构徐变挠度（成桥3600天）的影响从图2、3可以看出，当钢束采用8Φs15.2、12Φs15.2、16Φs15.2、19Φs15.2及22Φs15.2时，相应最小弹性挠度为-4.8cm、-3.4cm、-2.1cm、-1.1cm及0.1cm，相应徐变挠度为-3.2cm、-1.6cm、-0.2cm、0.8cm及1.9cm。可以看出，通过增加钢束用量，可改善结构弹性挠度大小，相应直接改善徐变挠度大小，