大跨連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害與設計對策

1、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害與設計對策摘 要：通過分析已成大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)病害的原因，就大跨徑 連續(xù)剛構(gòu)橋的設計提出一些新的思路為今后類似橋梁設計提供參 考。關鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；箱粱；設計；撓度；裂縫文章編號：1009 6477(2005)增一 0109 03中圖分類號：U448.23文 獻標識碼： B山區(qū)地形大多呈“ V字形，地形起伏較大，為了跨越山谷深溝， 連續(xù)剛構(gòu)橋作為較經(jīng)濟的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)形式， 在山區(qū)的橋梁設計中 常常被采用。 雖然連續(xù)剛構(gòu)橋不論在設計方面還是在施工方面， 都有 較為成熟的經(jīng)驗， 而且在國內(nèi)建成較多， 但由于目前對連續(xù)剛構(gòu)橋梁 認識的局限性， 很多大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋均出現(xiàn)

2、不同程度的病害。 在現(xiàn) 有認識的基礎上， 如何克服和盡量減少病害的產(chǎn)生， 是目前在設計過 程中急需解決的問題。1 常見病害通過調(diào)查， 我國已成的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁中， 出現(xiàn)的病害主要有以 下幾種情況：(1) 跨中撓度過大；(2) 箱梁腹板、底板產(chǎn)生裂縫；(3) 墩頂 0 梁段開裂；(4) 橋墩墩身裂縫。2 設計對策由于現(xiàn)代橋梁在結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性方面的認識不斷提高， 在大跨 徑橋梁方面給我們設計人員提出了新的要求。 從對連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)病 害的原因進行分析的結(jié)果來看， 其實這些病害在早期并不影響結(jié)構(gòu)的 整體安全，但隨著時間的推移，會逐漸降低結(jié)構(gòu)的耐久性。針對大跨 徑連續(xù)剛構(gòu)橋病害出現(xiàn)的特點，

3、筆者通過多年的工作實踐， 認為在設 計中可以采取相應的有效措施， 來克服和盡量減少病害的產(chǎn)生， 以提 高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。2 1 跨中撓度 通過調(diào)查，很多大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁雖然在主梁的設計中設有足夠的 預拱度，但在建成通車一段 時間后，箱梁跨中均出現(xiàn)不同程度的下?lián)?，這不但給行車帶來麻煩， 而且會使結(jié)構(gòu)開裂、破壞，給結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。經(jīng)過分析，這是由 于混凝土的收縮徐變的結(jié)果。 雖然在設計中主梁的預拱度考慮了混凝 土的收縮徐變因素， 但考慮到混凝土在三向受力的實際情況與理論計 算模型并不完全相同，因此，在設計中可以采取以下措施：(1) 適當增加梁高，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。高、跨比是影響主梁受力

4、 的主要參數(shù)，適當增加梁高， 可增加主梁的剛度， 改善主梁應力狀況。 根據(jù)設計經(jīng)驗，國內(nèi)早期連續(xù)剛構(gòu)箱梁根部梁高一般為中跨長度的 1 /161/18,近期設計的連續(xù)剛構(gòu)橋，箱梁根部梁高一般為中跨長 度的1/161/17。(2) 設置足夠的施工預拱度。混凝土的收縮徐變對撓度的影響較大, 而根據(jù)目前的理論,較難準確計算,因此適當加大跨中預拱度,以抵消箱梁的后期下?lián)?。施工中箱梁的立模標高可按公?(1) 計算：Hmi= Hli+H2i+ H3i (1)式中Hm第i梁段的立模標高；Hli第i梁段的設計標高(取換算至立?？刂泣c的設計高程)；H2i第i梁段的設計預拱度值。由施工階段 恒載、預應力、 混凝土

5、的收縮徐變、施工荷載產(chǎn)生的撓度以及二期恒 載、運營階段12最大活載撓度組成，并計人混凝土的長期收縮、徐 變引起的預抬高值。H2i從第i梁段的設計標高控制點起算；H3i考慮施工中溫度、掛籃的彈性變形及施工誤差等因素影響的修正值， 施工中通過實際觀測確定。根據(jù)已有連續(xù)剛構(gòu)橋的設計， 對于混凝土長期收縮、 徐變引起的中跨 跨中下?lián)现?，偏安全地取為中跨跨徑?11 000。(3) 增加底板預應力束， 并采用分批張拉， 部分底板預應力束可滯后 1 年左右的時間，待混凝土完成一定的收縮、徐變后再張拉。(4) 在中跨底板適當設置體外備用鋼束，待需要時進行張拉。(5) 延長混凝土的加載齡期，減少徐變對結(jié)構(gòu)的影

6、響，如工期容許， 要求縱向預應力的張拉齡期不少于 7 d。2 2 箱梁裂縫根據(jù)現(xiàn)有橋梁病害的產(chǎn)生， 箱梁的裂縫主要出現(xiàn)在腹板和底板， 腹板 裂縫多出現(xiàn)在L/4L/8之間，底板裂縫多出現(xiàn)在跨中部位及邊跨現(xiàn) 澆段。分析原因， 主要是腹板內(nèi)的剪應力、主拉應力和局部拉應力場作用的結(jié)果。針對這些情況，在設計中可以采取以下措施：(1) 選擇合適的箱梁下緣曲線。 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋多采用變截面箱粱， 底板下緣曲線常采用半立方拋物線和二次拋物線。 采用二次拋物線可 以使箱梁L/4L/8段的梁高減小，減小了結(jié)構(gòu)自重，但對克服該區(qū) 段的主拉應力不利；采用半立方拋物線可以使箱梁L/ 4L/ 8段的梁 高增加，降低了該

7、區(qū)段的主拉應力，但結(jié)構(gòu)自重增加。因此，跨徑較 小的橋梁常采用二次拋物線，跨徑較大的橋架常采用半立方拋物線， 同時底板下緣曲線可在二次拋線與半立方拋物之間變化。(2) 設計合適可靠的豎向預應力。箱梁施加豎向預應力的主要目的是 克服主拉應力，豎向預應力的有效性，對箱梁腹板的受力影響很大。 豎向預應力常采用精軋螺紋粗鋼筋或鋼絞線。 由于精軋螺紋粗鋼筋常 用的定尺長度為9 m因此設計中豎向預應力的長度超過 9 m宜采用鋼 絞線，小于9m的可采用精軋螺紋粗鋼筋。為了克服預應力的損失， 豎向預應力可采用二次張拉， 同時為了保證豎向預應力的有效性， 二 次復拉的間隔時間應不少于 20 d。(3) 增加縱向預

8、應力下彎束。由于豎向預應力的施工質(zhì)量很難完全達 到設計要求， 適當增設腹板下彎束， 對克服腹板內(nèi)的主拉應力和剪應 力有利，同時下彎束應彎至截面高度的 2/3以下。(4) 在中跨跨中及懸臂中部設置橫隔板，提高箱梁畸變剛度，從而提 高箱梁受力的整體性。(5) 適當增加邊跨現(xiàn)澆段的底板和腹板厚度， 并設置足夠的防崩鋼筋。 由于受力和錨固的需要， 邊跨底板預應力束在邊跨現(xiàn)澆段向頂板方向 彎曲，且該處鋼束豎彎曲線半徑較小。 鋼束彎曲產(chǎn)生的附加徑向力使 預應力管道下緣混凝土承受徑向荷載的作用， 底板因受過大的徑向力 而容易產(chǎn)生崩裂。(6) 合攏段的混凝土標號提高半級或一級。由于連續(xù)剛構(gòu)橋往往具有 跨度大，

9、施工過程存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的特點。 合攏段不但是結(jié)構(gòu)最薄 弱的部分，而且該部分為后澆混凝土。箱梁合攏段混凝土的澆注，使 得結(jié)構(gòu)由原來的靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成了超靜定結(jié)構(gòu)， 同時由于合攏溫度的 影響，使得該部分的應力狀況相對較為復雜，提高混凝土的等級，可 以提高結(jié)構(gòu)的抗裂效應。23 墩頂 0 梁段連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁 0 梁段是主墩和箱梁的交接部位， 不但結(jié)構(gòu)復雜， 而 且是全橋受力的主體， 同時頂板縱向預應力全部通過該處。 在已成的 橋梁中，不論是施工過程中，還是在運營階段，箱梁 0 梁段是最容易 出現(xiàn)開裂。通過分析，這些裂縫的產(chǎn)生主要是由于溫度內(nèi)力、主梁預 加應力及混凝土收縮引起的。 為了防止裂縫的產(chǎn)生，

10、設計中可以采取 以下措施：(1) 箱梁 0 梁段的橫隔板的厚度不宜太厚，應盡可能與頂板、腹板的 剛度匹配，以改善箱梁 0 梁段的受力狀況。(2) 由于主墩墩頂彎矩較大，而墩、梁交接處為 2次施工的分界點，使 得該處受力不利。因此箱梁_0 梁段的豎向預應力可延伸至墩頂以下 510 m,定的抗裂防水膨脹劑。以改善墩、梁交接處的受力。(3) 設置足夠的底板鋼筋，必要時設置臨時預應力。同時箱梁 0(4) 在箱梁 0 梁段的內(nèi)、 外主筋的表面設置防裂鋼筋網(wǎng)片， 梁段的混凝土中可加入抗混凝土開裂的杜拉纖維或鋼纖維， 以提高結(jié) 構(gòu)的抗裂性能。2 4 橋墩墩身裂縫根據(jù)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特點， 其墩身大多為柔性墩， 常見的有 雙肢薄壁墩和空心薄壁墩。 雙肢薄壁墩常用于墩身不高的情況， 墩身 較高常采用空心薄壁墩。 分析大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋墩身開裂的原因， 均 是由于混凝土的收縮、Et照溫差、內(nèi)外溫差的影響，而造成表面開裂。 為了減小混凝土的收縮， 增強混凝土的抗裂性， 設計中除了配置足夠 的受力鋼筋外， 尚應在主筋的外表面設置防裂鋼筋網(wǎng)片， 同時在混凝 土中加入一定的抗裂防水膨脹劑。3 結(jié)束語眾所周知，一座成功的橋梁主要由 3個要素決定：優(yōu)秀的設計、高質(zhì) 量的施工、精心的后期管理和維護， 而優(yōu)秀的設計是成功橋梁的基礎。 在橋梁設計中， 應對已成同類型橋梁進行分析和調(diào)查， 借鑒其成功的 經(jīng)驗，揚長