梁橋恒載跨中撓度允許值［ft］確定

史維佳

（常州市交通規劃設計院有限公司 常州 213022）

1 國內外PC連續梁存在的問題

（1）發展規模。20世紀末，中國在改革開放方針政策的指引下，國民經濟突飛猛進，大規模的基礎工程建設如火如荼 ，截至2007年底中國公路總里程已達360萬km（高速公路6萬km）；橋梁數量60萬余座（2.8萬m）；各項指標說明中國已成為世界橋梁大國。在世界上前20座大跨連續剛構橋中，中國占有14座，數量占70%。1992年廣東虎門大橋建成時，其270m跨徑為世界第一。從目前跨徑大小來看，排名第4，5，6的橋梁都在中國，且都是高速公路雙向6車道的重載橋，其規模都大于前三位。

（2）存在問題。原國際結構混凝土協會（CEB）調查了27座跨徑自53～195m的PC連續梁的跨中下撓情況，發現通車8～10年后撓度仍有明顯增長的趨勢。例如：英國Kingston橋（62.5m＋143.3＋62.5m＝268.3m），1970年建成后跨中撓度一直在緩慢地增大，至今已超過30 cm（L／478），并發現大量跨中裂縫。美國 Pavvotts渡橋（99m＋195m＋99m＝393m）在使用12年后，主跨下撓63.5cm（L／307），跨中大量開裂。1977年建成的帕勞共和國Korov Babeidaob橋（72m＋241m＋72m＝385m），1996年發現下撓1.20m（L／205），加固后3個月就倒塌。在中國的橋梁普查和養護中，也普遍發現出現跨中下撓的現象。

（3）PC連續梁橋加固費用高。在大量文獻中可以看到，廣東、湖北、山東、河南、浙江和湖南等省其橋梁加固費早已過億元。僅湖北省一座黃石大橋加固費用就高達7 500萬元。

（4）橋梁規范亟待補充、修改完善。國內眾多橋梁下撓和開裂的普遍性和規律性的事實，使我們有理由懷疑橋梁技術規程中有關變形指標規定的可靠性。2004年交通部頒布《JTGD－2004》新橋規，在荷載組合、汽車荷載取值、抗裂驗算、混凝土設計強度、溫度作用的取值等等有關強度驗算方面的技術內容，均有所改進，但在控制變形（撓度、拉應變）等方面仍無突破。

2 廣東虎門大橋輔航道橋

主跨L＝270m的廣東虎門大橋是中國最大跨徑的連續剛構橋。設計先進、施工獲得《魯班金獎》，1997年建成時為世界最大跨徑。運營后在前5年實測跨中下撓δ值與時間（t）基本上呈線性關系，處于彈性狀態，相對撓度為L／1 687。但到了第7年發生突變，如圖1所示，跨中下緣和腹板同時出現裂縫，這震動了全國橋梁工程界，由此引發PC連續剛構橋跨中恒載允許值的大討論。虎門大橋工程實踐表明：相對撓度（L／1687）是一個跨中下撓與開裂的重要指標。

圖1 虎門大橋跨中下撓

3 梁橋恒載跨中撓度容許值

現行《橋規》對梁橋恒載跨中混凝土徐變撓度容許值［ft］沒有明確規定，一般常用活載容許撓度值［f／600］＝fp來代替。例如，虎門大橋恒載容許下撓值高達45cm。但是事實上當下撓δ＝26cm時（L／1 038）就出現了裂縫，表1對15座開裂橋梁和7座未開裂橋梁的相對撓度做了對比（此表不便詳細列出大橋名稱）。PC連續梁的跨中下撓ft值如以相對撓度）來表示，可見在運營多年以 后，值在（L／1000）左右時均出現大量裂縫。在15座統計橋梁中相對撓度大于和符合（1／600）者，均已出現了嚴重的下撓和開裂問題；而7座未開裂的橋梁相對撓度均小于［L／1 600］。由此可見，繼續采用［ft］＝［f／600］的標準來控制PC連續梁撓度是不恰當的。

4 推薦的跨中撓度容許值

虎門大橋和表1調查的15座開裂橋梁的恒載跨中相對撓度（δ／L）均大于L／1 600；而沒有開裂的7座橋撓度值均小于該值。因此建議《橋規》中梁橋恒載跨中容許相對撓度值可取［ft＝L／1 600］。此外，原《橋規》曾指出，當計算恒載撓度小于 ［L／1 600］時可不設預拱度，這從另一個側面也說明［L／1 600］的取值比較安全，這是一個能控制連續梁弧長不至于過大增長而引起開裂的恰當指標。

5 論證

現從相對允許的頂面伸長率方面來論證推理的合理性。

箱梁頂面的相對伸長率η＝Δ／L，見圖2，現仍以虎門大橋實測值為例反算。

圖2 箱梁頂面下撓后弧長

（1）跨徑L＝270m，下撓值f＝0.16m（開始開裂值）。

（3）連續剛構橋頂面下撓f＝0.16m后，頂面長度由L＝270m增大為270.000 25m，絕對伸長量Δ＝0.000 25m＝0.25mm。

（4）相對伸長率η＝Δ／L＝0.000 25／270≈1.00×10－6，這個指標可作為混凝土容許伸長量參考值（計為［ε］），因此當箱梁跨中下撓上緣相對伸長率η＝Δ／L＞［ε］時，將出現開裂；而當η＜［ε］時，箱梁將不開裂。

表1 國內外橋梁跨中相對撓度（δ／L）比較表

6 結論

長期以來，我國橋規對梁橋恒載跨中撓度允許值［ft］一直空缺；一般均用活載撓度fp＝［L／600］代替。我們認為這是造成中國 PC連續梁跨中普遍下撓、底板開裂的一個重要原因。通過本文分析，提出設計應控制跨中撓度允許值［ft］≤L／1600才能確保橋梁安全。

［1］ 林同炎.預應力混凝土結構設計［M］.中國鐵道出版社，1983.

［2］ 范立礎.預應力混凝土連續梁［M］.北京：人民交通出版社，1989.

［3］ 林繼喬.石南大橋上部結構設計及工藝［J］.中南公路工程，1991（59）：.

［4］ 楊高中.連續剛構橋在我國的應用和發展［J］.公路，1998.

［5］ 上官興.PC連續梁恒載零撓度設計新理念［C］.南京橋梁加固會議，2008.

［6］ 龔漢清.大跨梁橋持續下撓的控制研究［D］.南京：華東交通大學，2008.

［7］ 劉剛亮.虎門大橋輔航道270m連續剛構懸臂施工控制［J］.橋梁建設，2001（5）.

［8］ 牛和恩.虎門大橋工程—主跨270m連續剛構橋［M］.北京：人民出版社，1997.