連續剛構橋主梁下擾的影響因素分析及處治研究

李典豪 沈兆坤

（1、貴州高速公路集團有限公司， 貴州 貴陽 550000）

連續剛構橋梁以其跨越能力大、施工及養護方便等優點在我國的山區高速公路及沿海的跨海大橋中得到廣泛應用。但是近年來在實際的運營養護過程中發現，國內外許多大跨連續剛構橋均存在跨中下撓過大的病害。

混凝土的收縮徐變、預應力筋的預應力損失和橋梁的施工質量是導致剛構橋梁下撓的主要原因。

1 收縮徐變對剛構橋梁下撓的影響

徐變之所以能夠影響后期撓度，是因為施工合龍前，結構體系內存在不平衡的彎矩，即預應力彎矩不能完全與自重彎矩平衡，在截面產生轉角。合龍后，徐變沿著轉角繼續產生撓度。影響混凝土徐變的因素很多，歸納起來可分為內部和外部因素兩部分。內部因素主要是指混凝土的組成材料及其性質、配合比； 外部因素則是指加載齡期、持荷時間、環境因素( 相對濕度和溫度) 、結構尺寸效應等。

1.1 加載齡期對下撓的影響

加載齡期對混凝土的徐變有較大的影響，加載齡期越短，混凝土的徐變越大。大跨度連續剛構橋一般采用懸臂澆注法施工，每個節段施工的時間大概為10 d，混凝土的加載齡期一般為7 d。而實際施工過程中，施工單位常因趕工期而在混凝土中摻加早強劑，氣溫較高時甚至2～3 d 混凝土達到強度后便張拉預應力。但是早強劑雖提高了混凝土的早期強度，但對早期的彈性模量影響不大，這樣預應力張拉時，混凝土的彈性模量偏低，從而導致混凝土后期的徐變變形增大。

1.2 相對濕度對下撓的影響

環境相對濕度對混凝土的徐變變形也有較大的影響，環境相對濕度越大，蒸發量愈小，水泥的水化程度愈高，水泥凝膠體的密度也愈大，混凝土徐變越小，且相對濕度對加載早期的徐變影響更大。

2 預應力損傷對剛構橋梁下撓的影響

引起預應力損失的原因很多，包括施工工藝、材料性能等，一般應根據試驗數據確定，如果沒有可靠的試驗數據，則可根據規范進行計算。預應力鋼筋的有效預應力是將錨下控制應力，扣除相應階段的應力損失后，在預應力鋼束中實際存在的預拉應力值。有效預應力具有時間相關性，有實測結果表明，8年內預應力的長期損失可達到成橋時的有效預應力的16%。

在實際工程中，發現張拉后梁體的有效預應力與理論設計值之間存在較大的差異，這主要是灌漿質量不滿足要求造成的。由于當前國內的施工技術水平有限，在舊橋的拆除過程中經常發現預應力孔道的壓漿達不到要求，孔道中存在空隙及漿體離析現象，甚至有些地方還存在積水。在這種情況下的鋼絞線很發生銹蝕破壞，而鋼束的有效預應力也發生較大幅度的降低。

大跨度預應力混凝土連續剛構橋在懸臂施工過程中的荷載由頂板預應力束和腹板預應力束承擔，而在成橋階段和運營階段出現的正彎矩則由底板預應力束承擔，所以如果頂板、腹板預應力束和底板預應力束存在部分失效的話，將對整個結構的內力、撓度產生較大的影響。

3 超重對剛構橋梁下撓的影響

由于現場施工中結構尺寸、鋪裝層厚度控制不準，混凝土容重具有離散性，所以箱梁容易出現超重的現象。如果超重控制在一定的范圍內，不會對結構的撓度產生太大的影響，但是由于在實際中關于箱梁超重缺乏有指導價值的統計資料，設計中無法準確考慮超重對結構撓度的影響。

4 剛構橋梁跨中下撓加固處治實例

貴州某大橋主橋為橋跨布置120m+4×225m+120m的預應力混凝土連續剛構橋， 上部結構為單箱單室的預應力混凝土箱梁，單幅橋面寬12m，橋墩均為雙肢薄壁墩。

2014年10月份進行了定期檢查，據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011），此橋的全橋技術狀況評定結果為3類，表示該橋處于“有中等缺損，尚能維持正常使用功能”。另外主橋的主要病害為主跨跨中明顯下撓。根據2014年10月測量結果與竣工測量（2008年2月）、竣工一年后（2009年3月）的標高比較，結果表明：2014年10月份測量時主橋左右幅四個主跨跨中與竣工時相比，均發生了明顯的下撓。左幅跨中下撓量最大達到35cm，平均年下撓5cm/年。右幅跨中下撓量最大達到約28cm，平均年下撓4cm/年。從上可知，此橋面臨著跨中撓度下撓過快的問題。

跨徑220～270m的混凝土梁橋跨中年平均下撓2～3cm，對比之下，此橋下撓速度明顯過快。針對主梁跨中的過快下撓，提出了增設箱梁內體外預應力的主動加固方案。

根據橋梁資料以及病害情況，以及以往對該類橋梁的分析和總結經驗，大跨度預應力混凝土梁橋可能存在預應力損失比規范理論值偏大的情況，結合上次定檢發現底板混凝土超厚的現象，對大橋進行了橋梁有限元建模，考慮10%預應力損失+10%混凝土超方。

增設體外預應力鋼束采用фj15.2－25鋼束，張拉控制應力為0.6fpk =1116MPa。體外預應力鋼束為無粘結PE高強低松弛鍍鋅鋼絞線制成。每個截面布置6根體外束，其中2根為預留束。體外束通過轉向塊由跨中底部轉到墩頂上部并交叉錨固在墩頂橫隔板處，箱梁兩端采用設置錨固齒板分散錨固。

經過上述加固處治后，中跨跨中標高上撓11cm，次邊跨跨中標高上撓達到7～8cm，由此可見，此次加固效果顯著。

5 結論

（1）混凝土徐變的估計不足是大跨預應力連續剛構橋主梁長期下撓嚴重的主要因素之一；縱向預應力的損失量與下撓的增加量基本上成線性關系；同時超重也是剛構橋梁下撓的重要因素。

（2）對于已下撓的連續剛構橋梁，增加體外預應力是最有效的一種方式，通過實例分析，增加體外預應力可以能解決連續剛構橋下撓的問題。

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