大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設計研究

1、大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設計研究摘要:本文對預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進行結(jié)構(gòu)分析，其次，本文從設計理論、預應力筋配置、方面對預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在使用中出現(xiàn)的裂縫等問題進行了討論。 關鍵詞:預應力混凝土；連續(xù)剛構(gòu)；裂縫 隨著國際經(jīng)濟帶動交通事業(yè)的發(fā)展，交通量日益增大，橋梁事業(yè)正面臨著嚴峻的考驗。近年來，我國修建了很多大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，也暴露出一些問題，其中裂縫等問題尤為突出，引起了工程界的普遍關注。 1預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)特征 連續(xù)剛構(gòu)橋是預應力混凝土大跨梁式橋的主要橋型之一，它綜合了連續(xù)梁橋和T形剛構(gòu)橋的受力特點，將主梁做成連續(xù)梁體與薄壁橋墩固結(jié)而成。預應力混凝土連續(xù)剛

2、構(gòu)橋是將連續(xù)的梁體與橋墩固結(jié)而形成的，節(jié)省了大型支座的昂貴費用，其梁體受力接近于連續(xù)梁，利用薄壁橋墩的柔度適應由預應力、混凝土收縮徐變和溫度變化引起的縱向位移，減少了墩及基礎的工程量并改善了結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的受力性能。 對于預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其特點是:梁保持連續(xù)，梁墩固結(jié)。由箱型截面預應力混凝土主梁、雙薄壁鋼筋混凝土墩柱和大型整體式基礎結(jié)構(gòu)等組成。在構(gòu)造上分為跨內(nèi)梁部設鉸和梁部連續(xù)兩種類型。目前的連續(xù)剛構(gòu)體系基本采用后者。連續(xù)剛構(gòu)體系也可稱為具有墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，墩梁固結(jié)有利于懸臂施工，且可以減少大型支座，通常在需要布置大跨、高墩處采用。連續(xù)剛構(gòu)橋的主要特點表現(xiàn)在以下幾個方面:從受

3、力方面，上部結(jié)構(gòu)仍表現(xiàn)出連續(xù)梁的特點，但必須計入由于橋墩受力及混凝土收縮、徐變和溫度應力引起的變形對上部結(jié)構(gòu)的影響。因橋墩具有一定的柔度，與T型剛構(gòu)相比，其墩底所受彎矩很小，而在墩梁結(jié)合處仍有剛架受力特點。 從構(gòu)造方面，主梁通常采用變截面箱型梁，橋墩多采用矩形和箱型截面的柱式墩或雙薄壁墩，墩梁固結(jié)。橋梁兩端的伸縮裝置適應結(jié)構(gòu)縱向位移的需要，同時橋臺處設置控制水平位移的擋塊，用以保證結(jié)構(gòu)的水平穩(wěn)定性。 從結(jié)構(gòu)適應位移的角度看，連續(xù)剛構(gòu)體系利用高墩的柔度來適應結(jié)構(gòu)由預加力、混凝土收縮、徐變和溫度變化等引起的縱向位移，即把高墩視為一種可擺動的支撐體系。邊跨橋墩因墩高較矮，相對剛度增大，當其不能起到擺

4、動作用時，需在橋墩頂部或底部設鉸，以適應縱向位移。 2裂縫問題 近年來在一些大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)的裂縫問題主要表現(xiàn)為以下幾種形式: (1)、主箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫，主要是邊孔近現(xiàn)澆段和中孔1/43/SL段出現(xiàn)較多； (2)、主箱梁底板跨中部分張拉錨固后出現(xiàn)縱向裂縫； (3)、箱梁具有較長懸臂翼緣板在頂板懸臂根部出現(xiàn)縱向裂縫，寬箱梁在跨中頂板出現(xiàn)縱向裂縫； (4)、箱梁橋橫隔板孔洞周圍放射型裂縫和孔洞之間的豎向裂縫。 按裂縫產(chǎn)生的外因主要是由：荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、基礎變形裂縫、鋼筋銹蝕裂縫造成的。預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫生成的原因，涉及設計計算、施工工藝、養(yǎng)護管理、后期

5、使用、材料質(zhì)量、氣候環(huán)境等各個方面。因此要細致地分析每一因素對箱梁橋結(jié)構(gòu)裂縫的影響程度是很困難的，多數(shù)情況下也是沒有必要的。通過對結(jié)構(gòu)裂縫形式和狀態(tài)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生位置有一定的規(guī)律性，也就可以推斷導致該類結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響因素，因此通過結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的不同位置對其成因進行分析是比較有效的分析方法。 3設計方法 大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，雖然看似成熟橋型，但我國過去十幾年暴露出來的許多問題，也反映出我們認識上的一些誤區(qū)。首先是九十年代刮起的優(yōu)化風，一味追求結(jié)構(gòu)的輕薄，加上施工質(zhì)量不過關，預應力孔道灌漿普遍不實(在近期的高速路改建中暴露無遺)，導致箱梁中跨跨中

6、下?lián)?、腹板出現(xiàn)斜裂縫等病害的產(chǎn)生。到2004年新橋規(guī)修訂時，加大了結(jié)構(gòu)的安全儲備，方向是正確的。但要防止大跨度預應力箱梁的病害，提高設計的安全度僅僅是一個方面，更重要的是改進施工質(zhì)量。若設計時一味增大結(jié)構(gòu)尺寸，增加預應力用量，不僅浪費，而且還可能引起新的問題。實踐告訴我們，即使是常規(guī)的結(jié)構(gòu)在變動設計原則時，也要經(jīng)過充分的論證和實踐，應慎重、漸進地采用，不能矯枉過正。這些與我國目前的設計理論和方法有關。 目前有爭議的主要問題有:主墩處是否要考慮彎起束;是否需要在箱梁合龍段及中跨靠近懸臂端設置橫隔板，以增強梁體整體抗扭轉(zhuǎn)、抗畸變的能力;混凝土徐變究竟發(fā)生多少年，等等。 目前，工程技術(shù)人員在設計箱梁

7、橋時，通常是采用平面計算模型進行正截面極限承載力計算，按簡支模型對橋面板進行配筋計算，有些技術(shù)力量比較強的設計院可能會采用空間一維梁段有限元分析模型進行空間分析校核，但即使在進行空間分析校核時，也并不考慮截面翹曲應力和畸變引起的腹板豎向應力和頂板水平應力及由豎向荷載引起的腹板豎向應力和頂板水平應力。由于目前的預應力混凝土連續(xù)箱梁橋計算軟件多數(shù)按平面桿系單元編制，屬于線性靜力平面計算軟件。該類軟件對可作為平面桿系處理的橋梁進行宏觀分析是可行的，但不能分析箱梁橋的寬度和單邊荷載及局部受力特性，如剪滯等。設計時，偏心荷載作用下截面的扭轉(zhuǎn)與翹曲影響，通常是通過乘以橫向分配增大系數(shù)考慮的，分析截面承載力

8、和應力計算時，通過采用有效翼緣寬度考慮剪滯影響。某省公路管理局1999年科研項目“連續(xù)箱型梁橋裂縫調(diào)查分析及防治措施的研究”指出，箱梁橋的剪滯系數(shù)幾(同一截面處考慮剪滯效應所求得的正應力與按初等梁理論求得的正應力之比)隨寬跨比增大而增大，在制作截面處這種正相關關系體現(xiàn)得尤為顯著，且剪滯系數(shù)大于其他截面處。 實際上，箱梁橋是一個空間的結(jié)構(gòu)受力體系，其結(jié)構(gòu)變形和受力情況十分復雜。雖然有的設計對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋也按梁格理論考慮空間計算，但空間梁格理論雖然能分析畸變翹曲，但仍然不能完全反映預應力混凝土連續(xù)箱梁橋結(jié)構(gòu)受力特性。此外，在計算時，汽車荷載應計入沖擊系數(shù)，原公路橋梁規(guī)范JTJ023-85

9、沒有考慮，而在相應的鐵路設計和檢測規(guī)范上則予以了考慮，2004年新公路橋規(guī)對此進行了修訂。實際上大噸位車引起路面及橋梁結(jié)構(gòu)物沖擊作用應予考慮，否則會導致橋梁后期加固修復困難加大。如某市政橋梁，考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化致使橋梁剛度偏小、撓度偏大，行車后橋面結(jié)構(gòu)容易損壞，現(xiàn)在交通量很大不能封閉維修，有關部門很頭痛，市民意見很大，這是教訓。因此，對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的分析，尤其是裂縫的力學分析(既要進行整體受力分析，也要進行詳盡的局部受力分析)，應該考慮采用合適的箱梁橋空間分析理論，通過把箱梁橋作為一個空間受力體系進行分析，以盡可能反映箱梁橋的實際空間受力情況。 從理論上講，分析混凝土薄壁箱梁橋的有效方法應能綜合考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向受壓及畸變、翹曲、剪力滯、橫向局部彎曲引起的二次應力等，然而現(xiàn)行的混凝土箱梁橋設計一直沿用矩形和T形梁的線彈性理論計算應力，然后按極限狀態(tài)法計算極限承載力、抗裂性。現(xiàn)行的混凝土箱型梁橋設計方法(按橋梁設計規(guī)范中的有關條款)基本考慮了彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪力滯后(有效翼緣寬度)及橫向應力(橋面板計算)，但也有諸多結(jié)構(gòu)待完善的地方，最明顯的不足是，采用平面分析和一般的空間分析基本無法充分有效地考慮翹曲、橫向彎曲、畸變引起的二次應力、在對二次應力分布特征不清楚的情況下進行配筋設計很可能導致混凝土箱梁開裂。 參考文獻 1唐建輝.淺談大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的