大跨连续刚构桥常见病害与设计方案对策

1、大跨连续刚构桥常见病害与设计对策 摘要：通过分析已成大跨径连续刚构桥出现病害的原因，就大跨径 连续刚构桥的设计提出一些新的思路为今后类似桥梁设计提供参 考。 关键词：连续刚构桥；箱粱；设计；挠度；裂缝 文章编号： 10096477(2005) 增一0109 03 中图分类号： U44823 文献标识码： B 山区地形大多呈“ V字形，地形起伏较大，为了跨越山谷深 沟，连续刚构桥作为较经济的大跨径桥梁结构形式，在山区的桥梁 设计中常常被采用。虽然连续刚构桥不论在设计方面还是在施工方 面，都有较为成熟的经验，而且在国内建成较多，但由于目前对连 续刚构桥梁认识的局限性，很多大跨径连续刚构桥均出现不同

2、程度 的病害。在现有认识的基础上，如何克服和尽量减少病害的产生， 是目前在设计过程中急需解决的问题。 1 常见病害 通过调查，我国已成的大跨径连续刚构桥梁中，出现的病害主要有 以下几种情况： (1) 跨中挠度过大； (2) 箱梁腹板、底板产生裂缝； (3) 墩顶 0 梁段开裂； (4) 桥墩墩身裂缝。 2 设计对策 由于现代桥梁在结构的安全性和耐久性方面的认识不断提高，在大 跨径桥梁方面给我们设计人员提出了新的要求。从对连续刚构桥出 现病害的原因进行分析的结果来看，其实这些病害在早期并不影响 结构的整体安全，但随着时间的推移，会逐渐降低结构的耐久性。 针对大跨径连续刚构桥病害出现的特点，笔者通

3、过多年的工作实 践，认为在设计中可以采取相应的有效措施，来克服和尽量减少病 害的产生，以提高结构的安全性和耐久性。 2 1 跨中挠度 通过调查，很多大跨径连续刚构桥梁虽然在主梁的设计中设有足够 的预拱度，但在建成通车一段 时间后，箱梁跨中均出现不同程度的下挠，这不但给行车带来麻 烦，而且会使结构开裂、破坏，给结构带来安全隐患。经过分析， 这是由于混凝土的收缩徐变的结果。虽然在设计中主梁的预拱度考 虑了混凝土的收缩徐变因素，但考虑到混凝土在三向受力的实际情 况与理论计算模型并不完全相同，因此，在设计中可以采取以下措 施： (1) 适当增加梁高，提高结构的承载能力。高、跨比是影响主梁受力 的主要参

4、数，适当增加梁高，可增加主梁的刚度，改善主梁应力状 况。根据设计经验，国内早期连续刚构箱梁根部梁高一般为中跨长 度的1/161/18,近期设计的连续刚构桥，箱梁根部梁高一般为 中跨长度的1/161/17。 (2) 设置足够的施工预拱度。混凝土的收缩徐变对挠度的影响较大, 而根据目前的理论，较难准确计算，因此适当加大跨中预拱度，以 抵消箱梁的后期下挠。 施工中箱梁的立模标高可按公式 (1) 计算： Hmi= Hli+H2i+ H3i (1) 式中Hm第i梁段的立模标高；Hli 第i梁段的设计标高(取换 算至立模 控制点的设计高程)；H2i第i梁段的设计预拱度值。由施工阶段 恒载、预应力、混凝土的

5、收缩徐变、施工荷载产生的挠度以及二期 恒载、运营阶段 12最大活载挠度组成，并计人混凝土的长期收 缩、徐变引起的预抬高值。H2i从第i梁段的设计标高控制点起算； H3i 考虑施工中温度、挂篮的弹性变形及施工误差等因素影响的 修正值，施工中通过实际观测确定。 根据已有连续刚构桥的设计，对于混凝土长期收缩、徐变引起的中 跨跨中下挠值，偏安全地取为中跨跨径的 11 000。 (3) 增加底板预应力束，并采用分批张拉，部分底板预应力束可滞后 1年左右的时间，待混凝土完成一定的收缩、徐变后再张拉。 (4) 在中跨底板适当设置体外备用钢束，待需要时进行张拉。 (5) 延长混凝土的加载龄期，减少徐变对结构的

6、影响，如工期容许， 要求纵向预应力的张拉龄期不少于 7 d。 2 2 箱梁裂缝 根据现有桥梁病害的产生，箱梁的裂缝主要出现在腹板和底板，腹 板裂缝多出现在L/4L/8之间，底板裂缝多出现在跨中部位及边 跨现浇段。分析原因，主要是腹板内的剪应力、主拉应力和局部拉 应力场作用的结果。针对这些情况，在设计中可以采取以下措施： (1) 选择合适的箱梁下缘曲线。大跨径连续刚构桥多采用变截面箱 粱，底板下缘曲线常采用半立方抛物线和二次抛物线。采用二次抛 物线可以使箱梁L/4L/8段的梁高减小，减小了结构自重，但对 克服该区段的主拉应力不利；采用半立方抛物线可以使箱梁L/ 4L /8段的梁高增加，降低了该区

7、段的主拉应力，但结构自重增加。因 此，跨径较小的桥梁常采用二次抛物线，跨径较大的桥架常采用半 立方抛物线，同时底板下缘曲线可在二次抛线与半立方抛物之间变 化。 (2) 设计合适可靠的竖向预应力。箱梁施加竖向预应力的主要目的是 克服主拉应力，竖向预应力的有效性，对箱梁腹板的受力影响很 大。竖向预应力常采用精轧螺纹粗钢筋或钢绞线。由于精轧螺纹粗 钢筋常用的定尺长度为9 m,因此设计中竖向预应力的长度超过9 m 宜采用钢绞线，小于9m的可采用精轧螺纹粗钢筋。为了克服预应力 的损失，竖向预应力可采用二次张拉，同时为了保证竖向预应力的 有效性，二次复拉的间隔时间应不少于 20 d。 (3) 增加纵向预应

8、力下弯束。由于竖向预应力的施工质量很难完全达 到设计要求，适当增设腹板下弯束，对克服腹板内的主拉应力和剪 应力有利，同时下弯束应弯至截面高度的 2/3以下。 (4) 在中跨跨中及悬臂中部设置横隔板，提高箱梁畸变刚度，从而提 高箱梁受力的整体性。 (5) 适当增加边跨现浇段的底板和腹板厚度，并设置足够的防崩钢 筋。由于受力和锚固的需要，边跨底板预应力束在边跨现浇段向顶 板方向弯曲，且该处钢束竖弯曲线半径较小。钢束弯曲产生的附加 径向力使预应力管道下缘混凝土承受径向荷载的作用，底板因受过 大的径向力而容易产生崩裂。 (6) 合拢段的混凝土标号提高半级或一级。由于连续刚构桥往往具有 跨度大，施工过程

9、存在结构体系转换的特点。合拢段不但是结构最 薄弱的部分，而且该部分为后浇混凝土。箱梁合拢段混凝土的浇 注，使得结构由原来的静定结构转换成了超静定结构，同时由于合 拢温度的影响，使得该部分的应力状况相对较为复杂，提高混凝土 的等级，可以提高结构的抗裂效应。 23 墩顶 0 梁段 连续刚构桥箱梁 0 梁段是主墩和箱梁的交接部位，不但结构复杂， 而且是全桥受力的主体，同时顶板纵向预应力全部通过该处。在已 成的桥梁中，不论是施工过程中，还是在运营阶段，箱梁 0 梁段是 最容易出现开裂。通过分析，这些裂缝的产生主要是由于温度内 力、主梁预加应力及混凝土收缩引起的。为了防止裂缝的产生，设 计中可以采取以下

10、措施： (1) 箱梁 0 梁段的横隔板的厚度不宜太厚，应尽可能与顶板、腹板的 刚度匹配，以改善箱梁 0 梁段的受力状况。 (2) 由于主墩墩顶弯矩较大，而墩、梁交接处为 2次施工的分界点， 使得该处受力不利。因此箱梁 _0 梁段的竖向预应力可延伸至墩顶 以下510 m,定的抗裂防水膨胀剂 以改善墩、梁交接处的受力。 (3) 设置足够的底板钢筋,必要时设置临时预应力。 (4) 在箱梁0 梁段的内、外主筋的表面设置防裂钢筋网片,同时箱梁 0 梁段的混凝土中可加入抗混凝土开裂的杜拉纤维或钢纤维,以提 高结构的抗裂性能。 2 4 桥墩墩身裂缝 根据大跨径连续刚构桥的受力特点,其墩身大多为柔性墩,常见的 有双肢薄壁墩和空心薄壁墩。双肢薄壁墩常用于墩身不高的情况, 墩身较高常采用空心薄壁墩。分析大跨径连续刚构桥墩身开裂的原 因，均是由于混凝土的收缩、Et照温差、内外温差的影响，而造成 表面开裂。为了减小混凝土的收缩,增强混凝土的抗裂性,设计中 除了配置足够的受力钢筋外,尚应在主筋的外表面设置防裂钢筋网 片,同时在混凝土中加入一定的抗裂防水膨胀剂。 3 结束语 众所周知,一座成功的桥梁主要由 3个要素决定：优秀的设计、高质 量的施工、精心的后期管理和维护,而优秀的设计是成功桥梁的基 础。在桥梁设计中,应对已成同类型桥梁进行分析和调查,借鉴其 成功的经验,扬长避短