連續剛構橋撓度問題分析及其控制措施綜述

賈平虎

摘 要：大跨度連續剛構橋是橋梁工程中較為常見的大跨度結構形式，特別在我國的西南部山區及南方交通發達地區用于跨線居多，很適合修建連續剛構橋。但已建的這類橋型面臨著跨中下撓嚴重的通病，進而嚴重影響結構的正常使用和安全。文章主要針對這類病害原因進行綜述，并提出便于實際工程中運用的控制措施。

關鍵詞：連續鋼構橋；長期下撓；成因；控制措施

中圖分類號：U448.23 文獻標志碼：A 文章編號：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

預應力混凝土連續剛構橋具有造價經濟、受力合理、施工方便、行車舒適和線型優美等特點，在橋梁工程中得到了較為廣泛的運用[1]。自上世紀80年代起，經過數十年的發展，連續剛構橋已成為最常見的大跨度混凝土橋梁類型之一。然而，隨著橋梁跨度的不斷增加，荷載的不斷增大，連續剛構橋在服役過程中逐漸被發現了不少病害，諸如預應力筋預應力損失過大、腹板局部開裂等，其中特別值得注意的是主梁跨中長期下撓的問題。主梁過度下撓主要表現為：（1）撓度長期增長，增長率隨時間可能呈加速、降低或者保持勻速變化的趨勢；（2）結構的長期撓度遠大于設計計算的預計值。主梁的過度下撓影響了橋梁的行駛舒適性和安全性，同時對橋梁的景觀效果產生危害。過大的撓度導致梁底板開裂，而裂縫的增加減小了主梁剛度，進一步導致撓度增加，形成惡性循環，導致維護成本飆升，甚至影響結構安全。國內外的連續剛構橋較普遍面臨這一問題，例如廣東省虎門大橋輔航道橋（150m+270m+160m）于1997年通車，在2003年的檢測中發現左幅跨中撓度達22.2cm，右幅跨中撓度達20.7cm，大大超過了徐變預拱度值設計的10cm；美國加利福尼亞州的Parrots Ferry橋（99m+195m+99m）在通車12年后，跨中撓度達到了驚人的63.5cm。

國內外的學者針對大跨徑預應力混凝土剛構橋長期下撓的問題已經取得了一些研究成果[2]，在長期的實踐過程中，工程界也累計了許多有益的經驗。本文將總結長期下撓病害的成因，并提出減小長期下撓的措施和對策。

1 長期下撓的成因

1.1 混凝土的收縮徐變

混凝土的收縮徐變被認為是長期下撓的主要原因。美國混凝土學會第209委員會報告指出所有影響收縮徐變的因素及結果本身都是隨機變量，它們的變異系數最小達到15%。目前世界上存在多種徐變計算模式，選取的參數也有較大區別，給工程設計中徐變撓度的預測計算帶來了困難。同時，大跨徑連續剛構多采用泵送混凝土懸臂澆注，混凝土強度高、水灰比大、各種添加劑（減水劑、緩凝劑、早強劑等）多；另一方面，隨著超高強度混凝土的興起以及混凝土外加劑（減水劑、早強劑等）的成熟，混凝土剛構橋朝著“輕、薄”方向不斷發展，對混凝土的收縮徐變特性有較大的影響。構件理論厚度越小則徐變系數越大，加載齡期越早則徐變系數越大。在實際工程中的工期控制中，一般混凝土在澆筑5～6天左右后就開始了預應力張拉，造成了早齡持荷加劇長期下撓的結果。因此，分析混凝土收縮和徐變機理，明確影響混凝土收縮徐變的內外部因素，進而提出合理的收縮徐變預測模式，并在此基礎上指導工程設計與施工是大跨度剛構橋長期撓度預測的重要問題[3]。

1.2 預應力度

有研究表明：徐變變形還會隨著預應力度的增大而呈現出減少趨勢，當混凝土的預應力度比較小時，就會導致主梁出現過度下撓的情況，此外當混凝土徐變變形變大時，預應力束增加，導致主梁下撓變形值加大。縱向預應力的損失還將梁體降低抵御主拉應力的能力，導致腹板開裂，顯著降低主梁剛度，導致跨中撓度增大。

在普遍采用的后張法預應力的連續剛構橋中，存在有瞬時損失以及時間相關損失兩種預應力損失類型，其中前者主要是因為摩擦損失、錨具損失等構成的，在成橋階段形成，并不會給長期撓度造成影響。后者主要由收縮徐變、預應力筋松弛等損失構成，其會對預應力筋的長期預應力造成影響，從而影響到整個混凝土結構的長期撓度。

1.3 施工質量

在目前的混凝土工程施工過程中，因為工人技能參差不齊等因素的影響，導致容易出現由于施工的過程可能控制不嚴大致的鋼筋綁接不到位、混凝土拌合及振搗質量差、模板安裝不牢固等。連續剛構橋通常是采用掛籃懸臂施工，截段拼接處的施工質量對結構剛度有重要影響。若該處存在拆模過早、鑿毛不規范、漏振、漏漿、錯臺等質量問題，會影響主梁受力及截面特性，并且加速預應力筋的銹蝕，造成預應力損失，從而導致長期下撓。預應力波紋管的位置偏差，會改變預應力束的偏心距，從而導致實際預應力與設計不符。

1.4 管理水平

近年來我國的國民經濟得到了迅速發展，使得部分橋梁在應用過程中還出現了嚴重的超負荷運行情況，加之橋梁檢測維護體系不完善，對橋梁運營情況不能充分掌握，出現病害不能及時修復，加劇了施工質量和超載運營問題[4]。

2 長期下撓的解決辦法

控制大跨徑連續剛構橋成橋后長期撓度，應從設計、施工、施工監控和管理等幾方面加以考慮。

2.1 設計方面

當梁體斜裂縫跟垂直裂縫出現之后，會導致主梁剛度降低以及撓度加大的問題，而撓度增大則會導致梁體開裂情況進一步增加，并形成一種惡性循環。這就要求在進行工程時，保證梁具備有足夠的強度。高跨比作為影響到一項主梁受力重要因素，需要通過適度增加梁高以及主梁剛度的模式，優化主梁的盈利狀態。此外通過對主梁梁體線性進行優化的模式，也能夠有效避免副板斜裂縫的出現，從而保障梁體的應用性能。

將在預應力跟豎向荷載共同作用下的預應力混凝土連續剛構橋作為一種偏心受壓結構時，能夠將結構徐變分為彎曲徐變跟軸向徐變兩種類型，其中軸向徐變只會造成預應力部分損失等不利影響，對于建筑質量的影響程度不大。但是彎曲徐變則會直接影響到整個混凝土連續剛構橋的受壓水平，并多是因為截面高度的應力梯度引起的，需要通過增設頂板彎矩預應力筋或者中支點區域底板厚度的模式來進行處理。

2.2施工控制方面

施工控制方面以包茂高速公路信宜（桂粵界）至茂名公路項目深田坑大橋為例，深田坑大橋上部結構采用（43+70+43）米變截面預應力混凝土連續剛構，引橋采用（左幅40+40+30米、右幅30+40+40米）等高預應力混凝土連續箱梁，橋面先簡支后連續。

該工程中采取預拋高模式來進行大橋的線性控制，并需要通過預拱度設置的模式來避免橋梁長期下撓變形情況的發生。但是在大橋實際施工過程中還會受到混凝土材料變異、收縮徐變無法準確計算以及預應力管道偏離設計不合理等諸多因素的影響，預拱度也就難以進行準確的確定。在進行深田坑大橋的施工過程中將預拋高值控制在L/1000～L/1500。此外在施工過程之中還需要就混凝土容重、徐變系數、彈性模量、預應力束孔道摩阻系數、溫度變化等因素進行充分的考慮[5]。

在進行混凝土徐變模式的選擇時，需要先進行混凝土小梁徐變實驗，在立模標高放樣過程中來對梁體變化情況進行密切的關注，并需要在結合了實際溫度的基礎上進行模板標高的合理修正處理。在主梁施工過程之中，需要先選取典型預應力束來進行孔道模阻實驗，來對預應力參數進行修正。此外還需要保持預應力管道的定位準確性以及預應力的大小合理性。

在進行壓降過程中，需要盡量采取真空壓降工藝，來避免長束管壓降不密實等情況的出現。在具體施工過程之中還需要重視新老混凝土結合處豎向接縫的鑿毛，鑿毛應有一定的強度和深度，要鑿除已完成節段接縫表面的浮漿。在施工中要控制混凝土的坍落度在18cm以內，盡可能延長混凝土初凝時間。

另外，在中跨跨中合攏前，應采用勁性骨架對兩岸箱梁進行頂推作業，預先使主墩向兩岸預偏，以減小混凝土收縮徐變對主墩的不利影響。頂推量的大小按照收縮徐變完成后的恒載狀態下，主墩墩頂位移基本為0的原則確定，實施頂推作業時，以主墩墩頂位移控制為主，頂推力控制為輔[6]。

2.3 運營維護方面

應嚴格控制車輛的超速和超載，對大橋進行定期檢測，并建立橋梁檢測檔案，密切注視橋梁的使用情況。

參考文獻：

[1]張全陽，何丹.大跨度連續剛構橋裂縫成因分析[J].交通科技，2014（04）.

[2]王巍，張春霞，馬少飛，等.公路橋梁后評估指標體系及方法研究[J].現代交通技術，2013（02）.

[3]王明霞，冷 ，李曉紅，等.投資項目后評價的方法及應用探討[J].煉油與化工，2012（01）.

[4]趙君黎，馮苠，李會馳，等.中國大跨徑混凝土梁橋典型病害剖析及防治技術簡介[J].預應力技術，2011（06）.

[5]曹玉田.對預應力混凝土連續梁橋裂縫的設計對策探討[J].交通世界（建養·機械），2011（04）.

[6]王國亮，謝峻，傅宇方.在用大跨度預應力混凝土箱梁橋裂縫調查研究[J].公路交通科技，2008（08）.