大跨连续刚构桥常见病害与设计对策
摘 要：通过分析已成大跨径连续刚构桥出现病害的原因，就大跨径连续刚构桥的设计提出一些新的思路．为今后类似桥梁设计提供参考。
关键词：连续刚构桥；箱粱；设计；挠度；裂缝
文章编号：1009—6477(2005)增一0109—03 中图分类号：U448．23 文献标识码：B
山区地形大多呈“V”字形，地形起伏较大，为了跨越山谷深沟，连续刚构桥作为较经济的大跨径桥梁结构形式，在山区的桥梁设计中常常被采用。虽然连续刚构桥不论在设计方面还是在施工方面，都有较为成熟的经验，而且在国内建成较多，但由于目前对连续刚构桥梁认识的局限性，很多大跨径连续刚构桥均出现不同程度的病害。在现有认识的基础上，如何克服和尽量减少病害的产生，是目前在设计过程中急需解决的问题。 1 常见病害
通过调查，我国已成的大跨径连续刚构桥梁中，出现的病害主要有以下几种情况： (1)跨中挠度过大；
(2)箱梁腹板、底板产生裂缝； (3)墩顶0 梁段开裂； (4)桥墩墩身裂缝。 2 设计对策
由于现代桥梁在结构的安全性和耐久性方面的认识不断提高，在大跨径桥梁方面给我们设计人员提出了新的要求。从对连续刚构桥出现病害的原因进行分析的结果来看，其实这些病害在早期并不影响结构的整体安全，但随着时间的推移，会逐渐降低结构的耐久性。针对大跨径连续刚构桥病害出现的特点，笔者通过多年的工作实践，认为在设计中可以采取相应的有效措施，来克服和尽量减少病害的产生，以提高结构的安全性和耐久性。 2．1 跨中挠度
通过调查，很多大跨径连续刚构桥梁虽然在主梁的设计中设有足够的预拱度，但在建成通车一段
时间后，箱梁跨中均出现不同程度的下挠，这不但给行车带来麻烦，而且会使结构开裂、破坏，给结构带来安全隐患。经过分析，这是由于混凝土的收缩徐变的结果。虽然在设计中主梁的预拱度考虑了混凝土的收缩徐变因素，但考虑到混凝土在三向受力的实际情况与理论计算模型并不完全相同，因此，在设计中可以采取以下措施： (1)适当增加梁高，提高结构的承载能力。高、跨比是影响主梁受力的主要参数，适当增加梁高，可增加主梁的刚度，改善主梁应力状况。根据设计经验，国内早期连续刚构箱梁根部梁高一般为中跨长度的1／16～1／18，近期设计的连续刚构桥，箱梁根部梁高一般为中跨长度的1／16～1／17。
(2)设置足够的施工预拱度。混凝土的收缩徐变对挠度的影响较大，而根据目前的理论，较难准确计算，因此适当加大跨中预拱度，以抵
消箱梁的后期下挠。
施工中箱梁的立模标高可按公式(1)计算： Hmi= Hli+H2i+ H3i (1)
式中Hmi——第i梁段的立模标高；Hli— —第i梁段的设计标高(取换算至立模
控制点的设计高程)；H2i— —第i梁段的设计预拱度值。由施工阶段恒载、预应力、混凝土的收缩徐变、施工荷载产生的挠度以及二期恒载、运营阶段1／2最大活载挠度组成，并计人混凝土的长期收缩、徐变引起的预抬高值。H2i从第i梁段的设计标高控制点起算；H3i— —考虑施工中温度、挂篮的弹性变形及施工误差等因素影响的修正值，施工中通过实际观测确定。
根据已有连续刚构桥的设计，对于混凝土长期收缩、徐变引起的中跨跨中下挠值，偏安全地取为中跨跨径的1／1 000。
(3)增加底板预应力束，并采用分批张拉，部分底板预应力束可滞后1年左右的时间，待混凝土完成一定的收缩、徐变后再张拉。 (4)在中跨底板适当设置体外备用钢束，待需要时进行张拉。 (5)延长混凝土的加载龄期，减少徐变对结构的影响，如工期容许，要求纵向预应力的张拉龄期不少于7 d。 2．2 箱梁裂缝
根据现有桥梁病害的产生，箱梁的裂缝主要出现在腹板和底板，腹板裂缝多出现在L／4～L／8之间，底板裂缝多出现在跨中部位及边跨现浇段。分析原因，主要是腹板内的剪应力、主拉应力和局部拉应力场
作用的结果。针对这些情况，在设计中可以采取以下措施： (1)选择合适的箱梁下缘曲线。大跨径连续刚构桥多采用变截面箱粱，底板下缘曲线常采用半立方抛物线和二次抛物线。采用二次抛物线可以使箱梁L／4～L／8段的梁高减小，减小了结构自重，但对克服该区段的主拉应力不利；采用半立方抛物线可以使箱梁L／4～L／8段的梁高增加，降低了该区段的主拉应力，但结构自重增加。因此，跨径较小的桥梁常采用二次抛物线，跨径较大的桥架常采用半立方抛物线，同时底板下缘曲线可在二次抛线与半立方抛物之间变化。 (2)设计合适可靠的竖向预应力。箱梁施加竖向预应力的主要目的是克服主拉应力，竖向预应力的有效性，对箱梁腹板的受力影响很大。竖向预应力常采用精轧螺纹粗钢筋或钢绞线。由于精轧螺纹粗钢筋常用的定尺长度为9 m，因此设计中竖向预应力的长度超过9 m宜采用钢绞线，小于9 m的可采用精轧螺纹粗钢筋。为了克服预应力的损失，竖向预应力可采用二次张拉，同时为了保证竖向预应力的有效性，二次复拉的间隔时间应不少于20 d。
(3)增加纵向预应力下弯束。由于竖向预应力的施工质量很难完全达到设计要求，适当增设腹板下弯束，对克服腹板内的主拉应力和剪应力有利，同时下弯束应弯至截面高度的2／3以下。
(4)在中跨跨中及悬臂中部设置横隔板，提高箱梁畸变刚度，从而提高箱梁受力的整体性。
(5)适当增加边跨现浇段的底板和腹板厚度，并设置足够的防崩钢筋。由于受力和锚固的需要，边跨底板预应力束在边跨现浇段向顶板方向
弯曲，且该处钢束竖弯曲线半径较小。钢束弯曲产生的附加径向力使预应力管道下缘混凝土承受径向荷载的作用，底板因受过大的径向力而容易产生崩裂。
(6)合拢段的混凝土标号提高半级或一级。由于连续刚构桥往往具有跨度大，施工过程存在结构体系转换的特点。合拢段不但是结构最薄弱的部分，而且该部分为后浇混凝土。箱梁合拢段混凝土的浇注，使得结构由原来的静定结构转换成了超静定结构，同时由于合拢温度的影响，使得该部分的应力状况相对较为复杂，提高混凝土的等级，可以提高结构的抗裂效应。 2．3 墩顶0 梁段
连续刚构桥箱梁0 梁段是主墩和箱梁的交接部位，不但结构复杂，而且是全桥受力的主体，同时顶板纵向预应力全部通过该处。在已成的桥梁中，不论是施工过程中，还是在运营阶段，箱梁0 梁段是最容易出现开裂。通过分析，这些裂缝的产生主要是由于温度内力、主梁预加应力及混凝土收缩引起的。为了防止裂缝的产生，设计中可以采取以下措施：
(1)箱梁0 梁段的横隔板的厚度不宜太厚，应尽可能与顶板、腹板的刚度匹配，以改善箱梁0 梁段的受力状况。
(2)由于主墩墩顶弯矩较大，而墩、梁交接处为2次施工的分界点，使得该处受力不利。因此箱梁__0 梁段的竖向预应力可延伸至墩顶以下5～10 m， 定的抗裂防水膨胀剂。 以改善墩、梁交接处的受力。