大跨径连续刚构桥设计和施工中几个问题的讨论

大跨径连续刚构桥设计和施工中几个问题的讨论报告人：杜进生北京交通大学桥梁工程系主要内容1连续刚构桥的变形和开裂2不同合拢方案对变形及内力的影响3主梁施工超方及桥面铺装超厚对变形的影响4如何有效施加竖向预应力5桥墩变形对主梁线形的影响6刚构桥的“零弯矩设计理论”7箱梁截面的不均匀收缩徐变问题8小结施工设计1连续刚构桥的变形和开裂造价相对较低；施工简易快捷；建筑高度小，适应能力强；维护费用少。是200m跨径以内的主力桥型。连续刚构桥建成后出现开裂及变形过大的问题：车辆行驶舒适性破坏桥梁景观效果桥梁安全性180座主要预应力混凝土箱梁桥裂缝统计：变形不仅仅是下挠，伴随某些跨的下挠，另一些跨会发生上拱。黄石长江公路大桥跨中下挠，最大已达到33.5cm，当然同时出现大量的主拉应力斜裂缝与跨中区段横向裂缝。虎门大桥辅航道桥跨中下挠，02年22cm，远超过原设计预留值10cm。最近由于横向裂缝朝腹板发展，下挠值又增大到26cm。湖北钟祥汉江大桥因下挠和开裂等严重病害而拆除重建佛开高速的潭洲大桥科—巴桥该桥建成于1977年，跨径为53.6+240.8+53.6m。到建成后第18年，即1995年，该桥跨中一共下挠了120cm。瑞士VSL公司于1995年对科—巴桥进行加固。1996年9月也就是加固工作结束后3个月，整个科—巴桥在没有任何预兆的情况下突然全部垮入江中。

美国ParrottsFerry桥99+195+99带铰刚构中跨下挠达63.5cm

美国西北大学Bazant教授希望收集到中国的变形数据从施工方面来说：不能片面强调缩短施工周期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。早期加载，使混凝土徐变增大。由《公路涵设计规范》中的混凝土徐变系数终极值梁体下挠可见，3天加载与7天加载比较，徐变系数终极值增加15%～20%。不同施工合拢方案对变形及内力的影响主梁施工超方及桥面铺装超厚对变形的影响如何有效施加竖向预应力合拢2不同施工合拢方案对变形及内力的影响

泾河大桥立面意图（单位：m）泾河大桥立面示意图泾河大桥合拢方案研究效果图泾河大阵桥合拢校方案穿研究泾河大略桥立面刮意图（浮单位：m）多跨连雕续刚构谊桥合拢悦的一般床步骤：T构∏构分段围连续形成全供桥泾河免大桥袄共有7个合葬拢段汤（2m），拟定5种常言见方机案进熔行对互比分不析：①③②④⑤⑥⑦T构图方案1：边紧跨→次边炮跨→次中羞跨→中跨边跨边跨次中肥跨次中樱跨次边跨次边跨中跨方案2：中跨→次中跨→次边翅跨→边跨边跨边跨次中岁跨次中闷跨次边邻跨次边性跨中跨方案3：边跨→次中圾跨→次边帖跨→中跨触。从哑两侧夜向中厅间先犬静定高“小惰合拢傅”形幼成∏构，再任进行超庭静定“圾大合拢越”。边跨边跨次中跨次中跨次边牲跨次边跨中跨方案4：次中跨→边跨→次边跨→中跨。妹从中间活向两边禽先静定渴“小合寄拢”，搅再进行四超静定汇“大合乔拢”边跨边跨次中跨次中跨次边深跨次边方跨中跨方案5：次瘦边跨→次中跨→边跨→中跨资。边跨边跨次中跨次中希跨次边跨次边跨中跨有限元派分析采用Mi钞da轰s有限乓元软贫件对5种合拢陈方案的清成桥状扛态进行暴模拟分尝析，有惭限元模劳型见下扰图。有限物元模座型不同既方案绝主梁扎线形品比较主梁累星计竖向膜位移图阶段方案1方案2方案3号方案4方案5成桥-20.7-66.0-17.5-17.0-19.2成桥10年-43.8-94.0-36.5-36.7-41.8主梁疫累计捐最大排下挠代值（恩单位候：mm）方案3、方案4竖向下问挠值较沃小，线车形较平预顺，优红于其他棋方案不同合怖拢方案阀的主梁定线形比背较主梁爪累计衡最大调上拱业值（熊单位恩：mm）阶段方案1方案2方案3号方案4方案5成桥54.30.259.059.546.5成桥10年40.7-1.446.447.132.5墩顶仇水平求位移搞比较墩顶最虏大水平安位移绝吨对值方案1方案2方案3号方案4方案52829183331墩顶最柏大水平决位移值旷（单位气：mm）方案3最大水平卷位移间最小灾，并槐且各赔墩变感形较母均匀舍，优皂于其倍他方问案合拢成仍桥墩顶扭水平位遇移主梁榜应力蹄比较主梁上缘应力拦（压应虾力）分后布主梁上凳缘应力主梁下灵缘应力主梁下缘应浆力（兼压应应力）唱分布不同合刮拢方案草对主梁克应力影际响不明命显墩底内蜂力比较7~投10号墩村墩底告剪力仿值分韵布图8墩底剪县力图图9墩底买弯矩奔图7~1怜0号墩墩饥底弯矩钱分布其中方郊案3，墩底汗产生注的剪仰力和胁弯矩蜡较小毙，且煤各墩貌墩底奔受力当相对离均匀剩，单建从墩荡底受忍力角肿度考广虑，匆方案3最为合护理。通过情对主听梁线殃形、生墩顶疑位移赢、主法梁应旱力、顷墩底膊内力木对比葬分析罢，泾艇河大障桥合射拢采魄用方迷案3（边顽跨、诸次中芝跨、竖次边弊跨、疏中跨豆的合城龙顺弹序）妄最为赤合理克。设扭计方列和施洲工方皇将方练案3定为离最终葬合龙夺方案吨。边跨边跨次中游跨次中跨次边弃跨次边批跨中跨成桥后康内力和枯变形预编测按照隙设计升施工竖过程兵进行朱有限代元建谣模，迅对方遥案3下成桥盖内力和凯变形进迈行预测主梁短应力墩底内朝力主梁蝇线形墩顶锄位移主梁铜上缘穴应力-0津.4枣MP较a-1肚1.稳8M舅Pa主梁看下缘万应力-1.距4MP助a-10上.7M躬Pa在恒载符作用下拿，主梁兔上缘产阻生最小左压应力晋为0.揉4M该Pa，最减大压买应力宅为11.膏8M优Pa；主梁浩下缘钳最小嫁压应躁力为1.软4眼MP吨a，最捉大压缓应力蛇为10.煌7MP驰a梁体亭全截花面受析压，宏未出她现拉肉应力枕。返回桥墩号7号8号9号10号轴力(kN)-56824.9-53929-52659.6-54406.3剪力(kN)-10.7-171.9231.8-56.4弯矩(kNm)-422.6-6529.88248.7-1131.5最大应力(MPa)-2.9-3.3-3.4-2.9最小应力(MPa)-2.7-2.3-2.0-2.5桥墩城墩底日内力墩底挖全截个面受惩压，辉未产龄生拉驰应力返回成桥库主梁昏竖向筝位移最大妨下挠蒜值为-1快7.题1m滩m-1害7.替1m撇m最大惩上拱绘值为61.伸8mm61堤.8过mm成桥10年主墙梁竖灵向位拢移返回最大下厌挠值为-3斜8.笔3m邪m最大上勾拱值为45渠mm-3圣8.控3m丢m45薪mm墩顶吵顺桥俩向水酒平位你移7号墩墩育顶位移铺由向左仁的-1笛.6诉mm变为瞎向右嚷的77m杰m，变志化值抖为78奥.6蜜mm10号墩转由向拿右的3mm变为向举左的-51验.5m挪m，变化涂值为54.网5mm桥墩号7号8号9号10号成桥位移(mm)-1.6-19.021.23.010年后位移(mm)77.014.810.6-51.53主梁施倘工超方锯及桥面峰铺装超覆厚对变源形的影慢响《桥涵施桐工规范》规定,桥梁结痛构断面预尺寸允赴许有±5％误差例，桥面秤铺装厚眯度允许紧超厚L/句50反00五(7课00夫0)弹性挠东度小，舅徐变挠乖度必然倾也小因此要苍设法减丈小弹性松挠度。某主跨230降m的大季桥，边分析疏结构雁超方5％，同木时桥面蛾铺装调袋平层超蛮方10％、20％、30％、50％和100％对农于跨罢中挠娘度的鞭影响款，超喂方对民跨中各点挠承度的他影响踢：超方情况结构超方5％弹性挠度徐变挠度调平层超方10%18-34.0调平层超方20%15.5-35.8调平层超方30%13.2-37.9调平层超方50%8.5-41.9调平层超方100%-3-52.5在原炎结构芒基础拦上，肯考虑行不同吃情况库超方布后跨坚中的敬挠度灰，从寇中可杀看出皱，原脆设计蜻弹性柱挠度棕向上驶，超屈方使崇结构卫产生贸向下瓜的挠馆度，共当结聚构超誉方5％，调唱平层超绸方10书0％时，按弹性挠粘度已有席原来的叨向上18m话m，下降月为向下3mm，即芬下挠21般mm。从材表中走还可萄以看敬出，爷超方别不仅友影响役弹性着挠度膊，同冬时对熔徐变蓝挠度亮影响随更大急。补救措稼施?泾河桥槐超方后郑弹性饭挠度泾河扣桥超麦方后友徐诸变挠渴度超方情况结构超方5％二期铺装(kN/m)弹性挠度(mm)徐变挠度(mm)无超方73.2-30.6-39.5铺装层超方10%77.79-49.8-74.3铺装层超方20%82.48-53.4-80.8铺装层超方40%91.86-60.7-93.7铺装层超方100%110.62-75.2-119.6泾河桥固超方后绍弹性值和徐变肥挠度对福比4如何有侦效施加舌竖向预朗应力竖向预祸应力不康足是预辜应力箱迷梁腹板望出现斜驱裂缝的脚主要原间因之一携。精轧螺横纹钢锚熟固体系鸭存在以国下不足更：（1）张殃拉应骄力低着，伸夹长量串小；（2）刚性链索，施卧工稍有庆偏差，昂螺母就哗拧不到浮位；（3）张虽拉控赵制应啄力高薄，易品断筋既，难性更换院。湖南虏大学盖：5m长的突钢绞炉线经等二次济张拉漆后，仰回缩论损失连由24％降址为5％，喝预应晚力效攻率至阀少是种精轧易螺纹宵钢的2倍。梁高3m的4米长缩慧节段枣混凝额土箱随梁两种远预应雷力体格系等尼应力育时造匆价比衡较32m苹m精扎螺炎纹钢筋995杯5.2元钢绞线67乔93肤.4元刚构炭墩身特建成口后相鄙当长臣时间片，才谊建墩胞上梁理的0号块丑。由勺于墩张身横士向收农缩已攀大部携分完选成，员而0号块错横向撒收缩叨受到票墩身剪约束巾导致草底板谊中部恐出现桃裂缝患。所有省存在耕龄期吹差的氧混凝际土结异合面怠，都摩有因覆收缩句差而伍出现蹄纵向丛裂缝描的风絮险。因此，堂节段浇软筑时间奥间隔不茄要过长乔，截面腿配筋要买考虑收怀缩影响移。超载特准别是超应重车轴政荷载的让作用，愉对横向灭的影响并比纵向爽更大，锈这是因息为纵向巧弯矩自五重绝占宰大部分侵；而横系向弯矩餐主要由颤活载引阀起，轴煮重超过呈规范时浴，易出秀现顶板钟下缘的企纵向裂呼缝。裂缝住成因吹之一朵：日照作沃用下腹公板内侧激拉应力棋可达2MP稼a汽车凡活载博对长揭期挠末度的背影响阶分析对于长厌期作用师在桥梁般上的汽剩车活载惧，在计月算中给检予适当饥的折减畅，取两粘车道进行计算。绞计算20年时红间活蓝载效探应产险生的印长期否徐变您挠度饺。泾河桥活载效腿应造成绪的弹性座挠度叼最大讯值为4.1县cm，长期徐跨变挠度撤增量为4.陪7c择m。苏通桥哪活载痰产生的忠弹性挠吓度为6.1风cm，除去办活载弹咱性挠度持的影响聋，活载毕效应造蚂成的长论期徐变慎挠度增柳量为5.3呀cm桥墩变丙形对主土梁线形相的影响墩高不悄同截面愁尺寸惧不同竖向征弹性怀变形买不同位置椒不同竖向徐竭变变形兼不同变形季差桥墩竖餐向变形差对主梁赚线形的令影响包喂括两部广分。第一，驳桥墩竖耽向位移搬将直接尖引起墩表顶处梁遣端的竖离向下移秋，这将绳使每跨需主梁线浅形产生咐线形变舰化。第二伴，桥互墩竖哭向变特形使贡得主仰梁产疯生附匀加内概力，节进而锣使得愚主梁座产生粉间接治变形旺。泾河倍桥成隆桥20年由桥纱墩变形辜引起的鸽主梁直侦接和间辅接变形直接失变形也要大孙于间银接变俩形泾河桥膜成桥20年由截桥墩圾变形滚引起贵的主亩梁总加变形去见下克图：合拢成记桥20年后引起主梁疮最大买下挠扭（长泥期）冷最大激值为33愉.3察mm。沿截为面高做度的惧压应鲜力分卸布梯病度对结宴构变奸形的愧影响沿截面黄高度的嫁压应力南分布梯贼度对结构谈变形的虹影响应控制皇负弯矩墓区域截兔面的应朝力梯度内支点催底板厚僵度宜不昆小于跨枝径的1/改14童0。传统僻预应狮力配肿束观触点以谋强度沟为目催标进虽行控挪制设奴计，湾选择退成桥轻后运蛇营状醉态为遮基本急图式灿（即挑一次网落架胳图式怨），启通过贺运营核状态部的内后力包蛛络图购，按渗保留霸一定锹压应惯力储管备原存则来嫁设计萍梁体沿内的轧预应提力索裤。为动了使终施工犹中梁耽顶面宿的标塌高符咽合设恭计线衔形，则通常攀设置捡一定盟的预淘拱度茫。在抓双悬阔臂施鸡工中奶，梁执的安失装标圣高还戚要根加据分璃块施喷工预恢应力热大小从以及盯梁段它标高坛实测陪情况驱，通狱过工申程控天制计邀算来曾确定硬。对大于150铃m梁桥傅箱梁悦中按赞“零移弯矩毯”配红索设游计在急实际搜中很胜难办为到，独故需掀找新挽径。“零纲弯矩施”观卧点以绳挠度述为控矮制目冤标，佣由于长不设观预拱洋度桥责梁线讲型始忌终不黄变。煎根据肾林同堡炎教佛授提凳出的婚荷载留平衡畜概念远，假油如用箱预应肯力产羊生的青弯矩粥平衡谋自重姿产生精的弯战矩，默这样旁在预过应力佛和自荒重作冤用下今结构瞎将处爪于轴僻向受树压状对态，咏结构考在混桨凝土窝长期纹收缩出和徐辈变作治用下鞭，只能会发跪生轴在向变昌形，货而不派会发钟生弯撒曲下农挠。按从理已论上欣讲，假设计招时只公要保趋证结付构在垂预应轿力和满自重幅作用配下，捧每个渗截面究弯矩蚊为零苏，那诵么建眨造时洋就可畜以不脸设置叛预抛贵高。尿这样堪有利躁于施嫌工控占制。采用愉恒载痰零弯禁矩理染论分洋阶段枝配置秋预应稼力钢凉束具树体做摄法是程：在育悬臂从阶段春，按醉照结较构零虫弯矩晚要求鸦设计尼悬臂荒静定列束。锈使单样个T构仅受种轴向压秃力作用婶。然后拔根据结虽构合拢敬顺序，国设计后春期束，介满足正例常使用工阶段应话力要求阁。对于眼采用悬颠臂浇注拾法施工侄的梁桥杰，由于吉每个节蔬段混凝产土龄期孝有差异闪，预应钥力损失余难以精匹确计算独。很难虾保证每闲个截面积弯矩都附为零。煎但是，芦可以根己据恒载脉零弯矩连理论配群束，使骑每个截抽面在恒叠载作用序下总弯现矩较小莲，这样琴挠度和崇徐变内唐力均较始小，有塘利于工巾程控制来。箱梁截骆面不均准匀收缩傅徐变研顺究均匀收煌缩不均匀阴收缩轴向马变形专，无壤截面为转动混凝同土板刘，干取缩率吧大致众与板徐厚度扶的平搭方成唐反比轴向变捆形，截客面转动箱梁截惠面不均泛匀收缩陶徐变研锈究不同板拿厚的板蚕收缩变拜形随时英间的发席展薄板追收缩抽速度轨快于呜厚板混凝岩土30坊0天、10拜00天、100帐00天0.恼3m的板尼收缩尸应变纱为1.3录m的板舞收缩