1、精選優質文檔-傾情為你奉上大跨度混凝土連續梁橋的病害成因分析連續體系橋梁又可以分為連續梁橋與連續剛構橋，但是由于兩者在跨越能力、受力特點與施工方法上較為接近，因而表現的病害形式也具有一定共性。在我國，對于單跨跨度超過60 m的混凝土連續橋梁，經常采用滑移支架或掛藍逐段澆筑成形，利用這兩種方法施工的橋梁不僅施工過程中的結構體系與成橋時有明顯區別，而且在施工過程中結構體系、荷載類型與量值等反復變化，加之施工周期較長，不確定性因素多，因而在大跨度混凝土連續橋梁上出現了變形過大、混凝土開裂等病害現象。相關單位對180座已經出現病害的該類橋梁進行了統計分析，發現該類橋梁病害現象較為嚴重。為此，針對國內數

2、十座出現病害橋梁的相關資料進行了分析，進一步總結了病害在時間與空間上的發展規律與趨勢，分析了病害形成機理，提出若干控制病害發生的措施。1、跨中撓度過大與腹板斜向開裂大跨度連續體系橋梁的長期變形一般較大，在我國的橋梁設計規范中規定：當預應力導致的長期變形小于結構自重以及部分活荷載導致的長期變形時，需要事先設置一定的預拱度來抵消這種變形，從而保證橋梁長期運營后的線形平順。但根據報道，我國大量該類橋梁在建成通車一段時間后，跨中出現嚴重的梁體下撓，L/4跨徑附近的箱梁腹板出現斜向裂縫，橋梁線形不順，剛度降低，給行車帶來麻煩，造成安全隱患(見表1)。從表1可見，出現撓度過大的預應力橋梁一般具有以下幾個特

3、點：a橋梁實際撓度一般遠遠大于按照規范計算的預測值，表2為國內某咨詢單位對多座橋梁長期變形計算得到的預測值，對比表1與表2可見，主跨在120230m之間跨中撓度最大值不超過8cm，而實測值均在16cm以上；b.撓度過大與腹板斜向裂縫具有共生性，即在出現撓度過大的橋梁無一例外地出現腹板開裂現象，部分橋梁也出現底板橫向裂縫與縱向裂縫；c大多數橋梁L/8到3L/4之間腹板斜向裂縫呈現上寬下窄特征，位置靠近腹板的上托板，裂縫與水平夾角一般為1535，靠近跨中部位腹板裂縫則基本呈水平形狀。少數橋梁的腹板斜向裂縫從錨固齒板后底板處產生，并逐漸向上發展，一直到達翼板，裂縫呈現下寬上窄的特征，裂縫與水平夾角一

4、般為3548；d出現病害的橋梁一般為變截面形式，少數為等截面，無一例外地采用掛籃節段法施工，橋梁預應力主鋼筋采用分段配筋形式，靠近支座附近在頂板與腹板布置懸臂索，跨中在底板內布置連續索，連續索一般錨固在跨長的L/8到L/4之間；e根據部分橋梁的跟蹤監測，腹板斜向裂縫的寬度一般夏季大于冬季，最大可以增加20%；f撓度過大與腹板斜向裂縫一般在橋梁運營45年后顯現，腹板斜向裂縫一般先在L/4附近出現，逐漸向跨中發展，個別橋梁繼而跨中底板出現橫向裂縫；g個別橋梁下撓現象在運營幾年甚至十幾年后基本呈線性持續發展，沒有穩定的趨勢。如虎門大橋輔航道橋在1997年到2003年為期7年的跟蹤監測中就發現跨中下撓

5、為26cm，折合跨徑為1/1038，遠遠超過原先的預留值10cm，而且下撓處于持續發展當中，沒有出現穩定趨勢。2、箱梁底板開裂與剝離大量的普查發現，采用單懸臂轉連續、掛籃懸臂平衡法施工的連續梁與連續剛構，在橋梁施工與運營過程中底板極易出現多種病害形式：1)底板錨固齒板后端的橫向裂縫與斜向裂縫。對于節段施工的橋梁，在橋梁運營一個時段后，底板上錨固跨中連續索的齒塊后端會出現橫向與斜向裂縫。某大橋的南北引橋連續箱梁，在運營六七年后在箱梁底板預應力錨固齒板后端出現橫向裂縫，而后從底板與腹板交界處沿45。方向在腹板上向上擴展。經過系列研究，該類型的裂縫產生機理已經基本清楚：主要是因為齒板錨固集中力與外荷

6、載整體彎矩在齒板后端產生了耦合，但是許多橋梁設計計算中忽略了集中力導致齒板后端的拉應力，因而計算拉應力遠遠小于實際拉應力，從而導致了裂縫的出現。2)對于采用移動式模架逐孔現澆法施工的多跨連續梁，在單懸臂狀態下進行底板縱向預應力張拉時，經常引發底板的縱向裂縫，裂縫一般從懸臂端產生逐漸向橋墩擴展12 m左右。這類裂縫目前已經在多座采用滑移模架施工的連續梁橋上陸續出現，為此許多學者分別進行了專項研究，基本搞清楚了導致裂縫出現的力學機理：由于在澆筑下一個梁段時，后端需要臨時錨固在前期施工的懸臂端頂板與底板上，因而在底板腹板位置以及底板橫向形成集中力，加之縱向預應力索在懸臂端腹板上需要臨時錨固后接長，因

7、而在懸臂端腹板上形成若干縱向集中力的作用。集中力以及梁體自重在懸臂端的橫向框架效應會在底板橫向產生拉應力、而預應力的深梁效應也會在底板形成拉應力，這兩種拉應力單獨或疊加后超過混凝土抗拉強度后，懸臂端底板就會沿縱向形成裂縫。3)底板跨中合龍段的縱向裂縫與剝離破壞。對于節段施工的大跨度變截面預應力混凝土橋梁，合龍段的底板經常在合龍索張拉過程中出現多種嚴重破壞現象：一種是在合龍段底板沿順橋向出現肉眼可見的縱向裂縫；第二種破壞就是從底板厚度方向來看，在預應力管道中間位置，也就是水平面積最小的位置形成大面積水平裂縫，上下分層，嚴重的甚至導致混凝土剝離；第三種破壞形式與第二種破壞形式基本相同，但是分層位置

8、位于預應力管道的上部。目前這些破壞形式的產生機理已經基本明確：預應力筋的空間效應以及泊松比效應應該是導致第一種與第二種形式破壞產生的主要原因，即底板縱向預應力鋼筋在豎直面內布置為拋物線形的曲線，加上底板預應力索定位偏差導致的局部曲率，從而縱向預應力會對底板產生向下的徑向分力，由于現在箱梁底板一般較寬，在橫向底板可以看成彈性支撐在腹板上的受彎梁，此徑向力與自重等共同作用下其下表面必然會產生拉應力，從而形成縱向裂縫，同時在縱向徑向力作用下預應力管道之間混凝土會產生垂直于底板的拉應力，一旦拉應力超過混凝土抗拉強度，底板將沿管道截面積削弱的部位向下崩裂，形成上下分層 J。而第三種破壞形式相對復雜，它經

9、歷了由局部剪切破壞向整體分層破壞的發展與變化過程，即從縱剖面上看每個節段都有部分連續索在接縫部位向上彎折并錨固到齒板上，從而在接縫位置形成向上的集中力，而其他預應力索繼續按照拋物線走向通過接縫，從而形成向下的荷載；從接縫的橫剖面上看，向上的荷載與向下的荷載形成一對剪力，一旦剪力導致的剪應力超過混凝土抗剪強度，從而在底板局部形成斜向裂縫，斜向裂縫一旦形成后在連續索向下徑向力作用下發生沿預應力管道上部向橫向與縱向擴展，從而形成橫向邊緣寬、中間窄的水平裂縫。3、病害的控制措施與應用底板的分層破壞經常發生在施工期，而腹板斜裂縫是典型結構性裂縫，因此近期為控制這兩種裂縫的出現，在設計與施工中提出了多種控

10、制措施。現在普遍認為底板作為普通混凝土結構在徑向力作用下容易發生開裂，因此需要在底板上下層鋼筋網之間設置豎向勾筋來防止分層開裂的出現。單根勾筋的面積A。一般按照下式進行計算：式(1)中：q為預應力筋的等效徑向力； 為縱向梁段s范圍內勾筋的總排數；為底板預應力筋影響范圍內單排箍筋數；為底板分層破壞時允許力，對于錨固長度滿足規范要求的拉筋，取鋼筋設計值，當不滿足長度要求時需要適當折減。有時為了進一步增強勾筋的效果，設計單位會在跨中23個節段的接縫處設置矮肋，將U型箍筋一端套住預應力管道，另一端可靠的錨固至矮肋中。對于腹板斜裂縫，現在普遍的控制手段是：增加腹板厚度來綜合考慮難以計算的溫度效應與混凝土

11、疲勞效應，在腹板關鍵部位選用抗裂性能優越的鋼纖維混凝土或根據局部應力的計算結果適當加密腹板的箍筋來增強腹板的抗裂性能，將豎向筋配置成U型或將墊板做成整體錨固板來提高豎向預應力鋼筋的可靠性等。在泰州大橋預應力橋梁中除加大了腹板厚度，還采用精細化結構分析來指導箍筋的配置。通過計算發現，除豎向預應力可以導致腹板豎向應力，其他作用也可以導致腹板出現34 MPa豎向拉應力，23 MPa的剪應力，因此采用腹板豎向應力只考慮豎向預應力效應的主應力計算模式會引起較大誤差。為此，在該橋中采用了綜合考慮錨固局部效應、橫向預應力、自重等橫向空間效應的腹板主應力計算公式：式(2)中：是腹板縱向應力；分別是豎向預應力、

12、頂板錨固、腹板錨固、頂板橫向預應力張拉、頂板自重、活荷載偏載、溫度等導致腹板產生的豎向應力；，是齒板錨固導致腹板剪應力。在該計算模式下對腹板主應力進行了詳細計算，并在主應力計算結果的基礎上進行了詳細的配筋設計，較傳統設計增加了箍筋的配置量。4、結語大跨度預應力混凝土橋梁目前存在跨中撓度過大、腹板斜向開裂、底板橫向裂縫、底板縱向裂縫以及底板上下分層等多種典型病害形式，盡管國內外學者開展了多種形式的科學研究，某些破壞形式的機理已經清楚，也提出了相應的防治措施，但是由于機制與理論問題，應該在以下方面采取進一步措施：1)加快研究成果向設計規范轉化步伐。盡管有些破壞形式的機理已經清楚，也有相應的防治措施，但是由于研究成果往往局限在部分地區，部分科技人員、設計人員一般都嚴格