大跨梁式桥的病害与对策

大跨梁式桥的病害与对策1第一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

1.

截止2003年底我国公路桥梁数量及状况共有公路桥梁310773座，12466143延米其中：特大桥2155座，1962614延米，占0.69%大桥17417座，3061688延米，占5.60%中桥63511座，3466413延米，占20.44%小桥227690座，3975428延米，占73.27%至2007年底，我国公路桥梁总数约33万座。我国公路桥梁的基本情况和对试验检测技术的需求2第二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六目前国内桥梁存在的问题上世纪50年代后期和60年代桥梁荷载标准低，承载力不足。上世纪8、90年代后修建的桥梁部分出现质量问题，病害严重。截止2006年底，全国查出危桥（第5类）6282座，约占全部桥梁的2%。3第三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六近年来的桥梁垮塌事故4第四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六１９９９年１月４日晚６时５０分，重庆市綦江县城区一座步行钢管拱桥突然整体垮塌，数十名过桥者随大桥坠入桥下的綦河，造成了严重伤亡事故。这次因工程质量导致的重大责任事故，共造成４０人死亡綦江彩虹桥5第五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六宜宾小南门桥主跨240米中承式拱桥，1990年11月建成通车，2001年11月因吊杆严重锈蚀断裂，造成部分桥面跨塌。6第六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六辽宁盘锦田庄台大桥大桥桥位于盘锦与营口交界处，连接辽河两岸，桥长500余米

，2004年，在80吨的严重超载情况下，使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂。7第七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六苏州堰月桥（2005年4月）甘肃洮河大桥（2006年5月）大桥建造于８０年代中期，距今已有２０年左右的历史。位于甘肃省道306线上,岷县县城以北500米处，始建于1974年,总长200多米，桥宽8米。8第八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六山西运煤车超载－60米桥垮塌9第九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六凤凰沱江大桥施工时垮塌凤凰沱江大桥－石拱桥10第十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六2007年广东九江大桥2007年江苏常州公路大桥

11第十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六淄博2013年4月30

日坍塌桥面长约20米

12第十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六美国共有公路桥梁58万座，1967年12月，Ohio州的SilverBridge（悬索桥）跨塌导致46人死亡，使用年限为39年。随后弗罗里达阳光桥因船撞而一幅垮塌，由此引发了对美国58万座公路桥梁的检查，共调查了51.4万座，这些桥中40％以上有不同程度的损伤，98000座桥梁结构强度降低，应停止使用或限载。国外桥梁的现状13第十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六I-40Bridge,Oklahoma,US（2002年5月）14第十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六美国明尼苏达州密西西比河大桥垮塌2007年8月1日15第十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六国外桥梁的现状—日本日本在七、八十年代汽车运输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交通量逐年增加。1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力明显不足。据统计，这类桥梁约有5500座，其中混凝土桥梁约有4500座。16第十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六①部分桥梁承载能力偏低；

②早期修建的桥梁有相当数量由于设计、施工或结构体系上的弱点，或因老化、衰退而“带病”工作；

③八十年代以后修建的不少索结构桥梁，由于当时技术上的限制，普遍出现过早老化、腐蚀现象；

④近二十年修建了不少预应力混凝土连续梁和连续钢结构桥普遍出现跨中下挠、梁体开裂等问题；2.对试验检测工作的需求17第十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六⑤人工采砂、造田、上游修水库，桥位河床下切，基础深度不足，结构振动过大；⑥沿海桥梁结构耐久性问题；⑦桥梁加固效果的评价。

这些问题要通过科学手段、方法加以诊断、评价，以确定对策。18第十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六桥梁检查的分类按照检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等的不同，大致可归纳为下列三类：经常检查（巡视检查、日常检查）定期检查特殊检查3.目前桥梁养护管理制度19第十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六巡视检查是由专家对一条线路或一定区域内的桥梁进行的快速扫视检查；目的是：对所需检查的桥梁的技术状况和主要存在问题形成一个总体印象，以便能对它们进行初步的排序以及为进一步的检查作技术准备。

(1)巡视检查20第二十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六日常检查也叫例行检查或叫经常检查，一般一月一次，由路段检查人员或桥工班或护桥人员进行扫视检查目的是：确保结构功能正常，使结构能得到及时的养护和小修保养或紧急处理，对需要检修和一些重大问题作出报告。(2)日常检查21第二十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六通常由具有一定检查经验并受过专门桥梁检查培训以及熟悉桥梁设计、施工等方面知识的检查工程师，按照规定周期，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行定期跟踪的全面检查。一般1~5年一次。目的是：通过对结构物进行彻底的、视觉的和系统的检查，建立结构管理和养护档案，对结构的缺损状况作出评估，评定结构构件和整体结构的技术状况，确定改进工作和特别检查之需求，并确定结构维修、加固或更换的优先排序。(3)定期检查22第二十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六依据检查目的可划分为应急检查和专门检查两种

依据检查工作的性质可划分为现场检查和实验室测试分析两大部分从检查方法上可划分为目力检查和简单物理测量方法以及无破损或半破损检查方法(4)特殊检查23第二十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（1）对定期检查中难以判明损坏原因和程度的桥梁，有必要使用特殊设备或专门技术对定期检查作补充时（2）在进行复杂和昂贵的维修之前，需查出定期检查中未能发现的损坏情况时，或对要求提高载重等级的桥梁（3）在发生特别事件之后，如洪水灾害、流冰、漂流物和船舶撞击事故、滑坡、地震、风灾及重车过桥等（4）需要使用特殊仪器或需作特别详细记录的检查，拟评定结构实际状况时，如桥梁技术状况为四类者（5）新建工程中出现质量问题时下列情况下需进行特殊检查

24第二十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六大跨径梁式桥的

病害原因与对策25第二十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

目前我国的大跨梁式桥，存在一些较常出现的病害。概括起来，有两大类。即：一、跨中下挠；二、梁体开裂。

据统计，跨径80～100m以下的梁桥，病害较少；跨径100～160m的梁桥，病害较多；跨径160m以上的梁桥，病害就更多。概述26第二十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六一、梁体下挠问题第二十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六一、梁体下挠

是一个较普遍的现象。主因是由混凝土徐变引起,尤其是大跨径梁式桥。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，造成严重病害。

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。28第二十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

根据已发表的资料，虎门大桥辅航道桥跨中下挠，02年已达到22cm，与此同时跨中存在一些横向裂缝，及主拉应力斜裂缝。此下挠值已远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。一、梁体下挠29第二十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

（一）轻型化导致混凝土徐变显著增大由于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。

跨中下挠的原因分析如下：一、梁体下挠30第三十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六板件减薄直接后果:

1.由徐变理论可知：箱梁的板件越薄，理论厚度就小，就有较大的徐变系数。2.板件薄，混凝土的应力就高，而徐变变形又与应力正比。

一、梁体下挠31第三十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（二）内支点负弯矩预应力筋配置不足

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，未充分考虑负弯矩预应力对控制徐变下挠的有利作用。一、梁体下挠32第三十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六一、梁体下挠徐变下挠大徐变下挠小只有轴向徐变徐变上拱沿截面高度的压应力分布：33第三十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（三）片面强调缩短施工周期

施工单位往往希望缩短施工周期，设计图纸上往往仅标明混凝土强度达到设计强度的80％～90％后，即可张拉预应力，而没有对混凝土的加载龄期提出要求。一、梁体下挠34第三十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

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。一、梁体下挠35第三十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

早期加载，使混凝土徐变增大。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的混凝土徐变系数终极值可见，3天加载与7天加载比较，徐变系数终极值增加15%～20%。过早加载会不仅使预应力的徐变损失加大，而且使徐变挠度增大。徐变导致的预应力损失是随时间而逐步完成的，因此梁桥的部分下挠是预应力损失产生的恒载挠度。一、梁体下挠36第三十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（四）部分活载也会产生徐变挠度

徐变挠度计算只针对恒载。但在繁忙交通的路段上，桥上车流日夜不断，部分活载也实际成了“恒载”，也会产生徐变挠度，导致下挠增大。一、梁体下挠37第三十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（五）施工质量上也存在一些缺陷

有的工地上，对进行预应力损失试验重视不够，没认真去做。有试验表明，预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失，比设计采用值大很多，甚至差几倍。这样就会导致有效预应力不足，下挠增大。一、梁体下挠38第三十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

梁体在下挠的同时开裂，不论是斜裂缝或横向裂缝，都会导致梁的刚度降低，会使挠度加大，尤其有较严重的斜裂缝和横向裂缝时。一、梁体下挠（六）梁体开裂，挠度加大39第三十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六跨中下挠的预防对策：（一）足够的正截面和斜截面强度

鉴于跨中下挠往往与横向裂缝与斜裂缝一起发生，相互促进恶化，因此保证梁有足够的正截面强度和斜截面强度是首要的。计算中要充分考虑徐变的不利影响。一、梁体下挠40第四十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（二）控制负弯矩区域截面的应力梯度一、梁体下挠

在梁根部区段，可使悬臂节段的自重完全由预应力抵消。内支点底板厚度宜为跨径的1/140左右。

上缘增大压应力（加预应力）

下缘减小压应力（增加底板厚度）41第四十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六如果梁的正截面和斜截面强度得到保证，而且截面应力梯度小，不会同时出现下挠与开裂。在这样的前提下，只需设较小的预拱度，以抵消预应力徐变损失以及由合龙后混凝土徐变引起的徐变挠度。一、梁体下挠42第四十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（三）连续刚构桥最终合龙主跨前，在两悬臂端施加水平力对顶，然后合龙。不仅有利于减小跨中控制内力，也有利于减小跨中下挠。一、梁体下挠43第四十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六一、梁体下挠三跨连续梁徐变导致内力重分布，负弯矩减小，正弯矩增大。（四）要适当增加底板合龙束，并预留体外备用钢束，防止徐变下挠后底板出现横向裂缝。44第四十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六

（五）加强施工质量管理

混凝土加载龄期至少应在7天以上，强度至少在90％以上。另外采用真空压浆，浆体必须满足泌水性的要求，重视并及早进行工地的预应力损失试验等。一、梁体下挠45第四十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六（六）跨中区段结构轻型化一、梁体下挠46第四十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六斯托尔马桥(L=301m)，跨中182m为C60轻质陶粒混凝土

一、梁体下挠47第四十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六重庆石板坡长江大桥跨中108m长为钢梁一、梁体下挠48第四十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂问题49第四十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂包括梁上出现斜裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、混凝土劈裂、横隔板裂缝以及齿板裂缝等。下面只讨论前三种裂缝。50第五十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝（一）主拉应力斜裂缝

是出现最多的梁体裂缝。往往首先发生在剪应力大而截面抗剪能力不足的支座～L/4区域，与梁轴线呈25°～50°开裂，并随时间的推移，不断向受压区发展。裂缝数也会增加，裂缝区向跨中方向发展。斜裂缝的另一个特征是箱内腹板斜裂缝要比箱外腹板斜裂缝严重。这已为一些大跨径梁桥的检查结果所证实。

51第五十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝

斜裂缝的宽度如在0.2mm以下，而且其长度、宽度和数量已趋稳定，不再发展，则不需加固，但要注意观察，要封闭。实际上大跨径梁桥上往往存在宽度较大、且不断发展的严重斜裂缝，已反映出梁的斜截面强度不足。在设计中，对于梁的主拉应力都进行验算并通过。但在实践中，这类裂缝还是大量出现，为什么？！52第五十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝出现斜裂缝的原因如下：1、取消弯起束

从上世纪90年代，在箱梁桥的设计中，较普遍地取消弯起束，而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工，可以减薄腹板的厚度。但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保证，教训是斜裂缝大量出现。

53第五十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝

目前已认识到取消弯起束是不妥当的！于是重新回到设弯起束的正确轨道上来。但为此已付出了代价。54第五十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝2、作为平面问题分析，主拉应力偏小设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，即：但很不够，没有考虑横向的影响。55第五十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝

不考虑横向应力的影响，必然使计算的主拉应力值偏小。正如《苏通大桥副桥连续刚构设计》一文所说，“经计算分析，箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大。……考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值。”56第五十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝日照温差导致箱梁内部全截面受拉57第五十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六产生水平拉应力二、梁体开裂－斜裂缝跨中张拉后期索导致腹板受拉、底板受弯58第五十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝

此外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的剪应力加大，从而增大主拉应力。因此，应该按三维进行分析。过去大跨径梁桥出现较多斜裂缝，重要原因之一是与设计上对主拉应力估计不足有关。59第五十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝3、腹板偏薄，配置普通钢筋偏少。4、竖向预应力施工操作不规范，误差大，有效预应力严重不足，特别是采用精扎螺纹钢，有的竖向预应力筋甚至松动，根本没有张拉力。60第六十页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝预防对策：

1、保证有足够的斜截面强度。

2、采用三维分析箱梁的主拉应力，不要漏项。

3、必须配置弯起束，同时也应配置竖向预应力束。必须充分考虑预应力损失。对竖向预应力束，应采用二次或多次张拉，确保其有效预应力。

61第六十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－斜裂缝

新型二次张拉低回缩预应力钢绞线锚固体系用于竖向预应力，其性能远优于精轧螺纹钢。

62第六十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期六4.适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量，加密箍筋，即便开裂也可将裂缝控制在较小的范围内。

二、梁体开裂－斜裂缝63第六十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－纵向裂缝（二）、纵向裂缝

纵向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝，较多地出现在顶底板，也是出现很多的一种裂缝。除因未设横向预应力而在顶板下缘出现规范允许宽度的纵向裂缝外，还存在下列原因：64第六十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－纵向裂缝

1、超载在大跨径桥梁中，超载特别是超重车轴荷载的作用，对横向的影响比纵向更大，这是因为纵向弯矩中，自重占绝大部分；而横向弯矩，主要由活载引起，轴重超过规范时，易出现顶板下缘的纵向裂缝。65第六十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－纵向裂缝

2、温差应力估计过小

我国过去的桥梁设计规范中，对温差应力，仅规定了翼缘与梁体的其他部位有5℃的温差。这样的温差偏小，与实际情况严重不符！不安全。根据国内外的研究，对于箱梁，温差应力可以接近甚至超过活载的应力。英国、新西兰规范规定的温度梯度，比我国大很多。这也是出现纵向裂缝的原因之一。66第六十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－纵向裂缝现行《公路桥涵通用设计规范》中已规定了比过去大得多的温度梯度。这个问题可望得到解决。67第六十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期六二、梁体开裂－纵向裂缝3、收缩引起的裂缝

双壁墩身建成后相当长时间，才建墩上梁的0号块。由于墩身横向收缩已大部分完成，而0号块横向收缩受到墩身约束，导致底板中部出现裂缝。

在0号块建成后相当长时间，再建1号块，也会因收缩差而出现纵向裂缝。因此，节段浇筑时间间隔不要过长，截面配筋要考虑收缩影响。68第