連續剛構橋運營過程中跨中下撓的分析摘要：對于目前連續剛構橋梁情況，對其運營過程中跨中下撓的變化情況展開了考察，得出了一些原因，也給出了一些對應措施。關鍵詞：連續剛構橋，跨中下撓In the process of the continuous rigid frame bridge operation across the middle and lower torsion analysisAbstract：For the case of continuous rigid frame bridge, in the process of its operations across the middle and lower torsion for inspection, the changes of some reasons, and gives some corresponding measures.Keywords: Continuous rigid frame bridge; Across the middle and lower scratching1 前言最近幾十年，連續剛構橋梁在我國發展的速度十分快。由于使用強度高的材料制作混凝土構件，可以大幅度減少截面尺寸，減少結構自重，對實現大跨徑要求很有幫助，但正因為如此橋跨的變大，連續剛構橋在預定壽命年限中的問題也暴露出來，一個不可忽視的情況就是由于服役時間的增長，如果連續剛構跨中的大幅度下撓，必然引起橋梁在運作期內引起駕駛人員與乘車人員的不適感，進一步威脅到車輛安全甚至車輛人員的生命安全1。連續剛構橋跨中下撓幅度過大，將導致梁體出現裂縫，對結構整體安全產生威脅，因此大跨徑連續剛構橋的跨中下撓問題也成了這種類型的橋梁在建設和發展過程中務必完善的問題。大跨徑連續剛構橋的明顯病害之一便是跨中下撓問題，從現在來看跨徑在80 m到100 m以下的，病害較少；跨徑在100 m到160 m之間的，病害多；而跨徑在160 m以上的，表現的比較突出。就目前而言，大跨徑連續剛構橋梁跨中下撓問題在全世界范圍都不容忽視。2 跨中下撓的成因2.1.溫差的變化 尤其是由于溫度等原因引起的跨中下撓問題，在設計時往往被忽略，或者在設計時用一個常量來代替，導致與真實的溫度原因引起的下撓出現出入，個別時候出入甚至不小2。2.2外荷載效應考慮不足 橋梁在運營過程中，外部荷載繁多，有些沒有考慮到，有些考慮到了但計算復雜被化繁為簡，導致外荷載難免考慮不充分，而外荷載的考慮不充分也給大跨度連續剛構橋跨中帶來一些被設計時忽略的下撓情況3。2.3計算方法存在缺陷一般情況下連續剛構橋梁與連續箱梁的計算方法為：橋梁在進行一定的收縮徐變后的恒定荷載+活動荷載+溫度等組合造成的組合應力來計算，而事實情況里在實際工程中有部分截面的組合應力效應并非是因為收縮徐變結束時的組合應力值控制，橋梁在進行計算時沒有采取應力包絡方法來開始檢驗，進而未能確保橋梁節段施工過程中、合攏前后、活載、溫度、收縮徐變、加載二期恒載等所有階段與它的綜合計算得出的最大應力值都被控制在符合要求的范圍中4-6。2.4考慮縱向預應力損失時不全面在橋梁設計的時候，必須要考慮到橋梁的各個截面的應力需要留有合理的儲備應力，即在使用時在各種荷載的作用下截面的拉應力與正應力都要有足夠的儲備應力，才能在設計上帶來安全的保證7。2.5剪力滯效應與剪切變形考慮不充分連續箱梁與剛構設計理論分析時通常使用梁為單元，忽略了剪力效應。但又由于箱梁腹板一般比較薄，因此箱梁腹板的剪應力非常敏感。因為軸向力最快出現在腹板處，所以由于剪力滯效應，底板出現了變形。對于稍微寬一點的橫斷面，剪力滯效應非常明顯。對于預應力結構，預應力與荷載產生的剪力滯效應有所區別。直線型的預應力筋等不會產生剪力，進而不會出現剪力滯效應的情況，因此在使用有效寬度的方法時必須要考慮到預應力梁實際的受力情況8-10 。2.6設計橋梁時，給予的安全儲備低 由于預應力的存在，箱梁內的主應力與拉應力大幅度降低，因此可以使斜截面的抗裂性比一般的普通鋼筋混凝土要好。在符合實際情況開始豎向預應力鋼筋設計與縱向預應力鋼布置的前提下，應該把使用荷載作用下的主拉應力控制在不大于相關規定的混凝土抗拉強度范圍內。橋梁如果出現斜裂縫，橋梁的承載能力將會大大降低，更有可能導致突然破壞11,12。2.7箱梁溫度應力計算值與測試值出入不可忽視箱梁復雜的溫度差對于其應力分布也有不小的影響，許多橋梁由于在計算中取的溫差值較低，導致儲備應力不夠，有可能使箱梁裂開13。我國從20世紀80年代一90年代中測試了多座鐵路橋梁的溫度應力，結果發現溫差分布類似于多次拋物線模式，證明我國目前橋規有點簡單化，理論結果準確率控制范圍有待提高。2.8施工質量對橋梁運營期的影響由于目前大跨徑預應力混凝土連續剛構橋施工時一般使用懸臂澆筑法，因而豎直方向的接縫質量對橋梁運營期間跨中下撓的影響也應重視。其次在施工的時候，有時候早早的拆掉模具，導致接縫地方的砼的緊密程度不好，也會影響豎向接縫的質量14,15。而豎向接縫的質量好壞在一定程度上回影響橋梁的總體剛度，進而導致跨中下撓。2.9汽車長期超載的影響我國現目前的橋梁運營管理機制尚不是十分完善，在橋梁實際運營過程中，過橋時候的車輛有相當一部分車輛屬于超載車輛，顯然這部分超載車輛在設計時是沒有考慮進去的，在計算時更沒有考慮進去16。在橋梁開通運營后，隨著時間的日積月累，這部分超載的汽車對大跨度連續剛構橋跨中下撓的影響往往被人忽略，而且后期考慮計算進去的難度也十分大，因此應該引起重視。3 對于跨中下撓的應對方法3.1混凝土的收縮與徐變混凝土收縮是指在混凝土凝結初期或硬化過程中出現的體積縮小現象，混凝土徐變是指混凝土在長期荷載作用下的變形：混凝土在一定的應力水平下，保持荷載不變，隨著時間推移而增加的變形稱為徐變。目前對混凝土收縮與徐變對橋梁下撓的影響有兩種觀點，第一種觀點認為，梁體的上翼與下翼邊緣僅受到大小相等或接近的壓應力，梁體在收縮徐變的作用下僅會出現橫向的收縮并不會出現下撓。另一種觀點認為，梁體的上翼與下翼緣都承受壓應力時，梁體在收縮徐變的作用下只會發生軸向縮短，而不會發生下擾。針對混凝土徐變收縮應，設計施工有以下方法：在二期恒載的施工時，進行適當的推延，這樣對降低后期跨中變形有積極的影響。橋梁設計時,應充分考慮到混凝土的收縮與徐變產生的撓度17。若工期允許的情況下,進行施工的時候最好讓縱向預應力的張拉齡期不低于五天。在進行橋梁設計的同時，要力求讓截面的中間部分受壓為主,上、下邊緣的應力相等或者很接近18。3.2預應力在橋梁施工過程中布置波紋管時,應該盡可能讓平彎和豎彎處平滑。在進行灌漿的時候建議使用真空灌漿法。增加頂跨、中跨的備用預應力束,這里的預應力束最好在混凝土完成相當的收縮、徐變后再進行張拉。備用束的張拉可以大幅度減小跨中的撓度,導致極大降低對整個橋梁的應力影響。3.3梁體的整體性剛度撓度的計算與預拱度的設置時需要把荷載的長期效應考慮進去。改進豎向預應力筋的設計方式。豎向預應力筋縱向間距為500 mm1000 mm ,思考到實際進行豎向預應力施工時候的困難，可以對豎向預應力的效果乘以系數0.6再開始計算。還可以使用例如“U”型豎向筋的設計來進一步防止腹板的開裂19-23。適度的增加一下主梁跨中的截面高度。因為有研究表明,適度的提高一下梁跨中的高度對減小下撓與控制提高主梁剛度都有明顯的效果24,25。對于一些規律明顯的裂縫部位，建議使用更好的鋼纖維混凝土。3.4橋梁的超重控制車輛密度較大的橋梁在進行設計時由活載導致的徐變需要考慮進去，否則隨著時間的推移，該因素引起的徐變必然量變引起質變26。施工過程中要格外重視箱梁模板的剛度,以免產生脹模而引發自重變大。3.5橋梁施工中控制措施頂推量的大小建議在混凝土收縮徐變完成過后的情況下,按照主墩墩頂的位移接近0的原則確立,在進行頂推工作時,建議以主墩墩頂位移的控制為主,頂推的控制為次。其次在中跨跨中合攏之前 ,應該先讓主墩向兩岸預偏, 用來降低混凝土收縮徐變對主墩的負面影響27,28。3.6完善計算水平目前的連續剛構橋設計大多都是使用的平面桿系有限元法進行計算，但這和實際上結構的受力存在一些區別。桿系的有限元理論上來說僅能用于桿系統結構，但是目前的大跨徑預應力混凝土連續剛構橋大多在施工時使用的是懸臂澆筑法，開始施工時，與其說結構是桿系，不如說是塊體單元。圣維南原理指出這種結構的應力分布很難與桿系假設計算的結果對上。由此可見，如果從成橋狀態查看結果會好一些。但就目前計算水平來說，就算是成橋狀態，也與實際有一些出入，這個問題必定會隨著科技的發展而解決29。3.7完善運營管理運營管理雖然與橋梁設計的好壞、施工的好壞沒有太大的關系，但正如上面超載車輛對跨中下撓的影響所說，運營管理的好壞對跨中下撓也是十分重要的。應該嚴格管控車輛的超速與超載，定期對橋梁進行跨中下撓的檢測并且建立檢測檔案，密切關注橋梁的使用情況。4 總結預應力連續剛構橋在一定的場合內算得上一種經濟方案不錯的橋型,再加上其施工技術安全、可靠,施工時對場地的使用也較小,橋梁運行期間養護費用相對來說不高。因此這種橋型在西部的一些地區有很大的使用前景。由于經濟的不斷發展,當今世界橋梁的跨徑也在不斷增大,而跨徑的增大，必然會導致出現一些需要我們解決的新問題。預應力損耗與混凝土的收縮徐變效應對橋梁跨中下撓的變化有不小的影響，特別是預應力損失的原因，因此我們在設計施工過程中，務必要高度重視。只要設計方、施工方一起努力,進一步完善目前的理論,提高監督力度,確保作業質量,連續剛構這種橋型必將在我國進一步發展30,31。參考文獻(Reference): 1.橋梁工程（上冊）（第二版）. 巖土力學, 2014(7): p. 2003-2003. 2.范立礎, 預應力混凝土連續梁橋. 1988. 3.陳宇峰, 徐君蘭 , 余武軍, 大跨PC連續剛構橋跨中持續下撓成因及預防措施. 重慶交通大學學報:自然科學版, 2007. 26(4): p. 6-8. 4.楊志平, 朱桂新 , 李衛, 預應力混凝土連續剛構橋撓度長期觀測. 公路, 2004(8): p. 285-289. 5.Baant, Z.P. , S. 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