大跨徑梁橋的病害原因及其對策研究

成海軍 張海君

目前我國已建橋梁約有34萬座，其中以梁式橋居多，大跨徑梁式橋已在我國大量修建。據統計，在世界排名前十的大跨徑梁式橋中，我國有5座，而跨徑330 m的重慶石板坡長江大橋跨徑位居世界第一。然而大量的大跨徑橋梁，在建成交付使用后不久，便出現了一些病害。較常見的病害概括起來有兩大類:1)梁體跨中下撓;2)梁體開裂。尤其是跨徑100 m以上的梁橋，病害較多。由此可見，探討大跨徑梁橋的病害原因及其預防對策十分必要。本文通過大量的資料調查，總結了我國現有大跨徑梁橋存在的主要問題，在此基礎上，進一步分析了產生這一主要問題的主要原因，并提出了相應的預防對策。

1 大跨徑梁橋病害產生的原因及對策

1.1 梁體下撓

1.1.1 梁體下撓的原因

1)跨徑的增大，使梁體跨中彎矩增加，撓度增大。隨著現代橋梁跨徑的不斷增大，梁體由于恒載引起的跨中彎矩也在增加，相應的跨中撓度也在增大。2)混凝土的徐變。混凝土徐變是梁橋下撓的重要原因之一。近年來，隨著橋梁跨徑的不斷增大，為減小恒載內力，橋梁結構越來越輕型化，這樣混凝土構件的理論厚度也就相應減小，其徐變系數增大，由徐變引起的撓度也在增加。3)預應力損失過大。預應力損失過大，會導致梁體受拉部位出現開裂，影響梁體的承載能力，使梁體的下撓度增大。4)預拱度設置不足。支架受載后將產生彈性和非彈性變形，橋梁上部結構在自重作用下會產生撓度，為了保證橋梁竣工后尺寸的準確性，在施工時要求支架須設置一定數值的預拱度。如果預拱度不足，則梁體呈下撓趨勢。5)部分活載也會產生徐變撓度。在設計計算時，徐變撓度計算只針對恒載。但在繁忙交通的路段上，橋上車流日夜不斷，部分活載實際也成了“恒載”，也會產生徐變撓度，導致下撓度增大。6)梁體開裂，撓度加大。梁體在下撓的同時會開裂，不論是斜裂縫或橫向裂縫，都會導致梁的剛度降低，撓度加大，尤其是在有較嚴重的斜裂縫和豎向裂縫時，其撓度加大更明顯。

1.1.2 梁體下撓的預防對策

1)保證足夠的正截面和斜截面強度。鑒于跨中下撓往往與豎向裂縫和斜裂縫一起發生，相互促進惡化，因此保證梁有足夠的正截面強度和斜截面強度是首要的，計算時也要充分考慮徐變的不利影響。2)控制負彎矩區域截面的應力梯度。如果梁的正截面和斜截面強度得到保證，而且截面應力梯度小，不會同時出現下撓與開裂。在這樣的前提下，只需設較小的預拱度，以抵消預應力徐變損失以及由合龍后混凝土徐變引起的徐變撓度。3)加強施工質量管理。在施工過程中，應嚴格控制線性，控制梁的自重，控制預應力張拉等。另外采用真空壓漿，漿體必須滿足泌水性的要求，重視并及早進行工地的預應力損失試驗等[7]。4)跨中區段結構輕型化。橋墩附近的荷載(自重)對截面應力的影響不大，而跨中的荷載對截面的應力影響很大，所以，減輕跨中梁段的重量，可以減小截面應力，從而降低梁體下撓度。5)設計時要控制梁的恒載撓度。從目前的認識看，施工過程梁的最大彈性下撓不應超過 L/3 000，而梁合龍以后的最大下撓不應超過 L/1 400，而且在設計中應盡可能采用更小的值[7]。

1.2 梁體開裂

梁體開裂包括梁上出現斜裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土劈裂、橫隔板裂縫以及齒板裂縫等。下面只討論斜裂縫。

1.2.1 斜裂縫產生的原因

1)不配彎起筋或彎起筋不足。從20世紀90年代，在箱梁橋的設計中，較普遍地取消彎起束，而用縱向預應力和豎向預應力來克服主拉應力。這樣做方便施工，可以減薄腹板的厚度，但豎向預應力筋長度短，預應力損失大，有效預應力不易得到保證。2)作為平面問題分析，主拉應力偏小。設計中通常僅從縱向和豎向二維來分析主拉應力，沒有考慮橫向的影響。不考慮橫向應力的影響，必然使計算的主拉應力值偏小。此外，由于采用箱形截面，扭轉、翹曲、畸變也會使腹板中的剪應力加大，從而增大主拉應力[9]。3)腹板偏薄，配置普通鋼筋偏少。在適當的部位(如支座附近)加大腹板厚度，增加普通鋼筋的數量，有助于斜截面抗剪，防止斜裂縫的出現。4)豎向預應力施工操作不規范，誤差大，有效預應力嚴重不足，特別是采用精軋螺紋鋼，有的豎向預應力筋甚至松動，根本沒有張拉力。

1.2.2 梁體開裂的預防對策

1)保證有足夠的斜截面強度。要保證斜截面的強度，就必須對斜截面進行正確的配筋計算，合適地配置彎起筋和箍筋。2)采用三維分析箱梁的主拉應力。由于箱形截面會發生扭轉、翹曲和畸變變形，會加大腹板中的剪應力，從而增大主拉應力。按三維進行分析，可以避免因計算主拉應力過小而導致設計截面強度不足，截面破壞。3)必須配置彎起束，同時也應配置豎向預應力束。配置預應力束時，必須充分考慮預應力損失。對豎向預應力束，應采用二次或多次張拉，確保其有效預應力。4)增加普通筋和箍筋的數量。適當增加腹板特別是根部區段腹板的厚度及其普通鋼筋含量，加密箍筋，即便開裂也可將裂縫控制在較小的范圍內。5)須按腹板豎向拉應力大小配箍筋。混凝土箱梁的設計應考慮由箱梁畸變及橫向彎曲引起的腹板豎向應力，在設計時各截面的箍筋不能按構造配筋，須按腹板豎向拉應力大小進行配筋。6)嚴格控制超載。超載容易造成混凝土拉應力超限，控制超載是防止梁橋開裂的重要措施。7)混凝土養護。采取有效的混凝土保溫、防止混凝土水分蒸發措施，研究制定專門的混凝土梁橋的施工規范，防止混凝土梁橋早期開裂。

2 結語

1)梁體下撓主要是由于各種荷載(恒載和活載)的長期作用，加之混凝土的徐變以及預應力損失過大，造成梁體受彎，跨中下撓。因此，控制恒載、活載比例，保證有效預應力和足夠的預拱度值，是減小梁體下撓的有效措施。2)斜裂縫主要是由斜截面強度不足引起。合理配置彎起筋、箍筋以及豎向預應力筋，嚴格控制超載，是減少斜裂縫的有效方法。3)文中提出了一些防止出現梁體跨中下撓及斜裂縫的方法。然而，橋梁出現種種病害，往往是多種因素綜合造成的。因此，必須做好橋梁的設計和施工中的每一個工序和細節，并對橋梁在整個生命周期進行有效的維護管理，才能保證大橋的質量和正常使用。

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[7] JTJ D60-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[8] 樓莊鴻.現有預應力混凝土梁式橋的缺陷[A].樓莊鴻橋梁論文集[C].2004.

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