连续刚构桥挠度问题分析及其控制措施综述

贾平虎

摘 要：大跨度连续刚构桥是桥梁工程中较为常见的大跨度结构形式，特别在我国的西南部山区及南方交通发达地区用于跨线居多，很适合修建连续刚构桥。但已建的这类桥型面临着跨中下挠严重的通病，进而严重影响结构的正常使用和安全。文章主要针对这类病害原因进行综述，并提出便于实际工程中运用的控制措施。

关键词：连续钢构桥；长期下挠；成因；控制措施

中图分類号：U448.23 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0147-02

Abstract： Long-span continuous rigid-frame bridge is a common long-span structural form in bridge engineering， especially in the southwest mountainous areas and the southern traffic developed areas， which is very suitable for the construction of continuous rigid-frame bridge. But this kind of bridge which has been built is faced with the common problem of mid-span deflection， which seriously affects the normal use and safety of the structure. In this paper， the causes of this kind of diseases are summarized， and the control measures are put forward which are convenient to be used in practical engineering.

Keywords： continuous steel bridge； long-term deflection； cause of formation； control measures

引言

预应力混凝土连续刚构桥具有造价经济、受力合理、施工方便、行车舒适和线型优美等特点，在桥梁工程中得到了较为广泛的运用[1]。自上世纪80年代起，经过数十年的发展，连续刚构桥已成为最常见的大跨度混凝土桥梁类型之一。然而，随着桥梁跨度的不断增加，荷载的不断增大，连续刚构桥在服役过程中逐渐被发现了不少病害，诸如预应力筋预应力损失过大、腹板局部开裂等，其中特别值得注意的是主梁跨中长期下挠的问题。主梁过度下挠主要表现为：（1）挠度长期增长，增长率随时间可能呈加速、降低或者保持匀速变化的趋势；（2）结构的长期挠度远大于设计计算的预计值。主梁的过度下挠影响了桥梁的行驶舒适性和安全性，同时对桥梁的景观效果产生危害。过大的挠度导致梁底板开裂，而裂缝的增加减小了主梁刚度，进一步导致挠度增加，形成恶性循环，导致维护成本飙升，甚至影响结构安全。国内外的连续刚构桥较普遍面临这一问题，例如广东省虎门大桥辅航道桥（150m+270m+160m）于1997年通车，在2003年的检测中发现左幅跨中挠度达22.2cm，右幅跨中挠度达20.7cm，大大超过了徐变预拱度值设计的10cm；美国加利福尼亚州的Parrots Ferry桥（99m+195m+99m）在通车12年后，跨中挠度达到了惊人的63.5cm。

国内外的学者针对大跨径预应力混凝土刚构桥长期下挠的问题已经取得了一些研究成果[2]，在长期的实践过程中，工程界也累计了许多有益的经验。本文将总结长期下挠病害的成因，并提出减小长期下挠的措施和对策。

1 长期下挠的成因

1.1 混凝土的收缩徐变

混凝土的收缩徐变被认为是长期下挠的主要原因。美国混凝土学会第209委员会报告指出所有影响收缩徐变的因素及结果本身都是随机变量，它们的变异系数最小达到15%。目前世界上存在多种徐变计算模式，选取的参数也有较大区别，给工程设计中徐变挠度的预测计算带来了困难。同时，大跨径连续刚构多采用泵送混凝土悬臂浇注，混凝土强度高、水灰比大、各种添加剂（减水剂、缓凝剂、早强剂等）多；另一方面，随着超高强度混凝土的兴起以及混凝土外加剂（减水剂、早强剂等）的成熟，混凝土刚构桥朝着“轻、薄”方向不断发展，对混凝土的收缩徐变特性有较大的影响。构件理论厚度越小则徐变系数越大，加载龄期越早则徐变系数越大。在实际工程中的工期控制中，一般混凝土在浇筑5～6天左右后就开始了预应力张拉，造成了早龄持荷加剧长期下挠的结果。因此，分析混凝土收缩和徐变机理，明确影响混凝土收缩徐变的内外部因素，进而提出合理的收缩徐变预测模式，并在此基础上指导工程设计与施工是大跨度刚构桥长期挠度预测的重要问题[3]。

1.2 预应力度

有研究表明：徐变变形还会随着预应力度的增大而呈现出减少趋势，当混凝土的预应力度比较小时，就会导致主梁出现过度下挠的情况，此外当混凝土徐变变形变大时，预应力束增加，导致主梁下挠变形值加大。纵向预应力的损失还将梁体降低抵御主拉应力的能力，导致腹板开裂，显著降低主梁刚度，导致跨中挠度增大。

在普遍采用的后张法预应力的连续刚构桥中，存在有瞬时损失以及时间相关损失两种预应力损失类型，其中前者主要是因为摩擦损失、锚具损失等构成的，在成桥阶段形成，并不会给长期挠度造成影响。后者主要由收缩徐变、预应力筋松弛等损失构成，其会对预应力筋的长期预应力造成影响，从而影响到整个混凝土结构的长期挠度。

1.3 施工质量

在目前的混凝土工程施工过程中，因为工人技能参差不齐等因素的影响，导致容易出现由于施工的过程可能控制不严大致的钢筋绑接不到位、混凝土拌合及振捣质量差、模板安装不牢固等。连续刚构桥通常是采用挂篮悬臂施工，截段拼接处的施工质量对结构刚度有重要影响。若该处存在拆模过早、凿毛不规范、漏振、漏浆、错台等质量问题，会影响主梁受力及截面特性，并且加速预应力筋的锈蚀，造成预应力损失，从而导致长期下挠。预应力波纹管的位置偏差，会改变预应力束的偏心距，从而导致实际预应力与设计不符。

1.4 管理水平

近年来我国的国民经济得到了迅速发展，使得部分桥梁在应用过程中还出现了严重的超负荷运行情况，加之桥梁检测维护体系不完善，对桥梁运营情况不能充分掌握，出现病害不能及时修复，加剧了施工质量和超载运营问题[4]。

2 长期下挠的解决办法

控制大跨径连续刚构桥成桥后长期挠度，应从设计、施工、施工监控和管理等几方面加以考虑。

2.1 设计方面

当梁体斜裂缝跟垂直裂缝出现之后，会导致主梁刚度降低以及挠度加大的问题，而挠度增大则会导致梁体开裂情况进一步增加，并形成一种恶性循环。这就要求在进行工程时，保证梁具备有足够的强度。高跨比作为影响到一项主梁受力重要因素，需要通过适度增加梁高以及主梁刚度的模式，优化主梁的盈利状态。此外通过对主梁梁体线性进行优化的模式，也能够有效避免副板斜裂缝的出现，从而保障梁体的应用性能。

将在预应力跟竖向荷载共同作用下的预应力混凝土连续刚构桥作为一种偏心受压结构时，能够将结构徐变分为弯曲徐变跟轴向徐变两种类型，其中轴向徐变只会造成预应力部分损失等不利影响，对于建筑质量的影响程度不大。但是弯曲徐变则会直接影响到整个混凝土连续刚构桥的受压水平，并多是因为截面高度的应力梯度引起的，需要通过增设顶板弯矩预应力筋或者中支点区域底板厚度的模式来进行处理。

2.2施工控制方面

施工控制方面以包茂高速公路信宜（桂粤界）至茂名公路项目深田坑大桥为例，深田坑大桥上部结构采用（43+70+43）米变截面预应力混凝土连续刚构，引桥采用（左幅40+40+30米、右幅30+40+40米）等高预应力混凝土连续箱梁，桥面先简支后连续。

该工程中采取预抛高模式来进行大桥的线性控制，并需要通过预拱度设置的模式来避免桥梁长期下挠变形情况的发生。但是在大橋实际施工过程中还会受到混凝土材料变异、收缩徐变无法准确计算以及预应力管道偏离设计不合理等诸多因素的影响，预拱度也就难以进行准确的确定。在进行深田坑大桥的施工过程中将预抛高值控制在L/1000～L/1500。此外在施工过程之中还需要就混凝土容重、徐变系数、弹性模量、预应力束孔道摩阻系数、温度变化等因素进行充分的考虑[5]。

在进行混凝土徐变模式的选择时，需要先进行混凝土小梁徐变实验，在立模标高放样过程中来对梁体变化情况进行密切的关注，并需要在结合了实际温度的基础上进行模板标高的合理修正处理。在主梁施工过程之中，需要先选取典型预应力束来进行孔道模阻实验，来对预应力参数进行修正。此外还需要保持预应力管道的定位准确性以及预应力的大小合理性。

在进行压降过程中，需要尽量采取真空压降工艺，来避免长束管压降不密实等情况的出现。在具体施工过程之中还需要重视新老混凝土结合处竖向接缝的凿毛，凿毛应有一定的强度和深度，要凿除已完成节段接缝表面的浮浆。在施工中要控制混凝土的坍落度在18cm以内，尽可能延长混凝土初凝时间。

另外，在中跨跨中合拢前，应采用劲性骨架对两岸箱梁进行顶推作业，预先使主墩向两岸预偏，以减小混凝土收缩徐变对主墩的不利影响。顶推量的大小按照收缩徐变完成后的恒载状态下，主墩墩顶位移基本为0的原则确定，实施顶推作业时，以主墩墩顶位移控制为主，顶推力控制为辅[6]。

2.3 运营维护方面

应严格控制车辆的超速和超载，对大桥进行定期检测，并建立桥梁检测档案，密切注视桥梁的使用情况。

参考文献：

[1]张全阳，何丹.大跨度连续刚构桥裂缝成因分析[J].交通科技，2014（04）.

[2]王巍，张春霞，马少飞，等.公路桥梁后评估指标体系及方法研究[J].现代交通技术，2013（02）.

[3]王明霞，冷 ，李晓红，等.投资项目后评价的方法及应用探讨[J].炼油与化工，2012（01）.

[4]赵君黎，冯苠，李会驰，等.中国大跨径混凝土梁桥典型病害剖析及防治技术简介[J].预应力技术，2011（06）.

[5]曹玉田.对预应力混凝土连续梁桥裂缝的设计对策探讨[J].交通世界（建养·机械），2011（04）.

[6]王国亮，谢峻，傅宇方.在用大跨度预应力混凝土箱梁桥裂缝调查研究[J].公路交通科技，2008（08）.