预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠过大成因研究

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1、预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠过大成因研究　　摘要：预应力混凝土连续梁桥和连续刚构在我国发展迅速，但是随着桥跨的增大，连续刚构桥在使用过程中的问题也凸显出来，其中之一就是随着使用年限的增加，连续刚构的跨中不断下挠，跨中下挠往往与梁体跨中段横向裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，病害十分严重。本文探讨了造成这一现象的多个原因并提出相关建议，为大跨预应力连续刚构桥的设计和施工提供参考意见。1.主梁下挠过大成因分析20世纪90年代以来，预应力混凝土连续梁桥和连续刚构在我国发展迅速。但是随着桥跨的增大，连续刚构桥在使用过程中的问题也凸显

2、出来，其中之一就是随着使用年限的增加，连续刚构的跨中不断下挠，跨中下挠往往与梁体跨中段横向裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，病害十分严重。从工程实例来看，引起这些现象的主要原因有以下几点：混凝土的收缩徐变影响估计不足－主要原因7混凝土徐变是引起梁式桥尤其是大跨梁式桥下挠过大的一个主要原因，大跨径梁桥的恒载内力占总内力的80%、甚至90%以上。为减小恒载内力，上世纪90年代过分强调结构的轻型化。由此导致的直接后果是：（1）箱梁的板件越薄，理论厚度就越小，由徐变理论可知，徐变系数就越大；（2）板件薄，混凝土的应力就高，而徐变变形与

3、应力正比。同时混凝土收缩徐变又是一个十分复杂而又难以精确计算的非线性问题，而对于刚构桥的设计，预测混凝土结构收缩徐变效应的准确性主要依赖于两个方面，即结构中混凝土徐变特性的准确描述和可靠的结构分析：首先对于混凝土徐变特性的描述，国内外众多专家和学者对这一课题已开展了大量的研究工作，并取得了一批重要的成果，但现阶段较为流行的预测混凝土收缩徐变的模型基本上都是建立在试验室数据基础上的经验公式，均需要进行一些修正才能应用于实际结构中的收缩徐变效应计算中。而现阶段的桥梁设计，一般是在缺乏现场试验资料的情况下进行的，无法对徐变系数进行修正，将会导致混凝土

4、收缩徐变的影响程度及长期性估计不足。其次对于混凝土收缩徐变效应的分析，随着计算机技术的发展，基于叠加法的逐步计算法（SSM7法）应用较为广泛，特别适用于节段悬臂施工的大跨预应力混凝土桥梁结构，但是设计时一般并没有考虑到箱梁上、下缘的一些差异：首先由于箱梁截面上缘和下缘应力水平相差较大，应力作用下的徐变效应也有所不同，在支座附近截面，箱梁底板的应力水平要明显高于顶板，相应的产生的徐变效应亦大于顶板；其次箱梁顶、底板的体表比和配筋率相差较大，特别是在箱梁根部截面，由此造成其徐变和收缩发展规律不一致，这些现象均可使得箱梁产生设计时没有计及的下挠。此外

5、，过去计算徐变往往限于恒载，随着交通量的剧增，桥梁不分昼夜都有车辆行驶，因此有技术人员提出活载也会引起一定的徐变变形，这有待于进一步研究探索其计算方法。以上两个方面的问题是设计时对混凝土收缩徐变问题考虑的不足，而在实际工程中，施工单位往往希望缩短施工周期，混凝土养护时间过短，张拉时尽管混凝土强度达到要求，但混凝土弹性模量未作具体的规定。早期混凝土弹性模量的增长明显滞后于强度的增长，添加早强剂后，混凝土虽很快达到规定强度要求，但其弹性模量往往仅达到设计值的70%甚至更小，这就使得张拉时弹性模量较低。同时加载龄期越短，混凝土的徐变越大，这些都将导致

6、混凝土后期徐变变形倍增，并最终引起混凝土收缩徐变的影响程度及长期性估计不足。内支点负弯矩预应力筋配置不足—设计方面的原因设计时仅按上缘混凝土不出现拉应力控制负弯矩预应力筋数量，未充分考虑负弯矩对控制徐变下挠的有利作用。导致负弯矩区截面上下缘的应力梯度较大（上缘压应力小，下缘压应力大），从而引起较大的徐变下挠。7混凝土箱梁裂缝裂缝的出现和扩展是混凝土箱梁发生破坏的初始阶段，箱梁上的大多裂缝可以引起渗漏，引起持久强度的降低，如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土炭化等，而这些将使得混凝土箱梁截面受到一定的削弱，不论是斜裂缝或横向裂缝，都会导致梁的刚度降低，

7、从而引起梁体挠度加大，尤其有较严重的斜裂缝和横向裂缝时梁体下挠更为明显。混凝土箱梁预应力损失估计不足采用悬臂浇筑法施工的预应力混凝土梁桥，预应力管道跨越几个节段，预应力与管道的实际摩擦系数及管道偏差系数通常与规范取值有较大出入。此外混凝土收缩徐变引起的损失和预应力钢筋松弛损失随着时间的增加而逐渐增大，并且两者相互影响，一方面混凝土收缩徐变使结构缩短，加剧了预应力松弛损失，另一方面预应力松弛改变了结构的内力状态从而影响着混凝土收缩徐变。所有这些都影响了预应力损失的计算精度，加上预应力筋张拉不到位以及一些在设计时难以计入的因素使得预应力损失的实际值

8、与理论计算值存在着较大的差别。有研究表明，徐变变形随预应力度增大有明显减少的趋势，反之亦然。因此大跨度预应力径连续刚构桥梁若预应力度较小，则徐变变形可