大跨连续刚构跨中下挠 成因讨论

预应力混凝土连续刚构箱梁桥设计施工指导意见

　　鉴于连续刚构箱梁桥，尤其是大跨径连续刚构箱梁桥，较普遍地存在着混凝土箱梁开裂和跨中下挠等质量通病。为吸取教训，提高我省大跨度预应力混凝土连续刚构箱梁桥建设质量和使用寿命，对预应力混凝土连续刚构箱梁桥的设计与施工提出如下指导意见：
　　一、一般要求
　　预应力混凝土连续刚构箱梁桥的设计与施工应遵循交通部现行设计与施工相关技术标准和规范的要求。
　　项目业主、设计、施工、监理、监控等单位要高度重视预应力混凝土连续刚构箱梁桥的设计与施工质量，加强对设计和施工方案的审查把关，从严控制。
　　二、设计
　　1、总体布置
　　（1） 预应力混凝土连续刚构箱梁桥主跨一般不宜大于200米，主跨大于200米时应与其他桥型进行充分的比选论证。
　　（2）预应力混凝土连续刚构箱梁桥一联跨数不应超过五跨。
　　（3）预应力混凝土连续刚构箱梁桥边中跨之比宜在0.53~0.62的范围内，并使结构在最不利荷载作用下边墩支座有一定的压力。
　　（4）预应力混凝土连续刚构箱梁桥墩高不宜小于跨度的五分之一，且不宜小于20米。
　　（5）有条件时，桥面纵向宜设置纵坡不小于0.5%凸形竖曲线；应避免桥面设置凹形竖曲线。
　　2、构造设计
　　混凝土箱梁和墩身的构造尺寸应统一考虑，确保体系刚度满足规范要求。
　　（1）箱梁梁高
　　为提高梁体的抗剪能力，改善主梁应力状态，箱梁应有足够的高度。根部箱梁高度宜控制在主跨跨度的1/16~1/18，梁高变化的抛物线次数宜在1.8-2.0的范围内选择，跨径大时取小值，跨径小时取大值。
　　（2）箱梁腹板
　　箱梁腹板最小厚度不宜小于40 cm，箱梁腹板与顶底板间承托最小边长应大于50cm。
　　（3）箱梁根部0#块
　　应对箱梁根部0#块进行空间应力分析，认真分析各种工况的应力分布状态，可通过消除局部应力集中和在拉应力区布设足够数量的普通钢筋等措施改善0#块局部受力，减少0#块裂缝的产生。
　　（4）桥墩抗推刚度　　
　　在体系刚度满足规范要求的前提下，宜尽量减小桥墩的抗推刚度，以减小混凝土收缩徐变、温度等因素对结构受力的不利影响。
　　3、预应力体系设计
　　预应力体系设计应兼顾短期及长期使用荷载作用效应，避免使用超长束配筋方式。为便于必要时，在运营过程中增加梁体内的有效预应力, 设计时可设置部分备用预应力孔道。
　　（1）纵向预应力体系
　　应按真空灌浆工艺的要求进行纵向预应力设计。
　　宜配置适当的纵向腹板弯束，以改箱梁腹板的主拉应力状况。
　　（2）竖向预应力体系
　　条件允许时，竖向预应力宜作为安全储备，不参与主拉应力计算。
　　4、应力和变形控制
　　（1）预应力混凝土连续刚构桥应力和变形计算应充分考虑温度和混凝土徐变的影响。
　　对局部温差影响除按规范规定计算外，还应进行必要的空间分析。
　　成桥预拱度，应计入混凝土收缩徐变的影响，预拱度值应不小于主梁恒载产生的竖向挠度和1/2汽车荷载产生的竖向挠度之和，并拟合成平顺曲线。
　　混凝土收缩徐变计算时间，自合龙成桥后，应不少于五年。
　　（2）预应力混凝土连续刚构桥一般应按全预应力混凝土设计，正截面最大压应力不宜大于规范规定限值的0.8倍，最小压应力储备不宜小于1.0mpa；箱梁腹板最大主压应力和主拉应力不宜大于规范规定限值的0.8倍。
　　三、施工
　　1、施工方案
　　（1）连续刚构箱梁可采用悬臂现浇法施工，工地条件允许时，鼓励采用预制拼装的方法施工。
　　（2）边跨现浇施工支架应经过预压处理，以消除非弹性变形，预压荷载不宜小于梁体自重的1.2倍。
　　（3）合龙口临时锁定前应对合龙口标高进行测量，其标高误差和合龙口相对高差应满足设计要求。
　　（4）合龙段施工应根据合龙时温度设计临时锁定装置；采用张拉连续预应力筋作拉杆的，应在解除临时锁定装置时预以放松。
　　（5）连续刚构体系转换应严格按照设计的顺序进行，及时张拉各阶段的连续预应力筋。
　　2、混凝土施工
　　（1） 同一联内箱梁混凝土所采用的水泥、骨料、砂及其它成分均应尽可能统一，以保证混凝土质量均衡和稳定。
　　（2） 混凝土配合比除满足混凝土强度要求外，还应注重混凝土
徐变收缩性能和耐久性。应根据不同的施工季节及现场实际情况对混凝土配合比及拌和工艺进行现场试验。
　　（3） 箱梁截面各部分尺寸应按设计值严格控制，梁段自重误差应在-3%～+3%范围内。
　　（4）箱梁零号块和悬臂节段混凝土应尽可能连续浇注。如遇特殊情况竖向可分次浇注，第一次浇注的腹板高度应控制在腹板高度的0.3～0.6倍范围内，应尽量避免在截面形心轴附近设施工缝。第二次浇注的间隔时间，应尽可能的不大于6天，以避免新旧混凝土的收缩差导致腹板出现裂缝。
　　（5）应根据施工季节，制定夏季、雨季和冬季详细养生、保温、防裂措施。混凝土脱模后，必须采取有效的措施进行保湿养生，养生时间不少于7天。
　　3、预应力体系施工
　　（1） 混凝土强度达到设计要求的强度且混凝土龄期不少于7天后,方能张拉钢束。张拉钢束应采用张拉力和伸长量双控。
　　（2）应进行现场张拉工艺试验，确定预应力钢束张拉初应力、超张拉值、各次张拉吨位及持荷时间等指标。
　　（3）预应力钢束和精轧螺纹钢筋张拉完毕，严禁碰撞锚头和钢束（筋），钢绞线和精轧螺纹钢筋多余的长度应用砂轮切割机切除，严禁烧焊切除。
　　（4）锚具要成套定货（包括锚下螺旋钢筋），不得用承包商自制的任何构件取代成套锚具的任一部分，锚具的所有构件必须经过严格的质量检验。
　　（5） 预应力孔道灌浆一般应采用真空辅助压浆技术，严格控制饱满度，确保压浆饱满；真空辅助压浆的工艺应进行现场试验，制定工艺操作流程；
　　（6） 预应力钢束封锚前应认真清理锚头槽孔，涂抹阻锈剂，用环氧砂浆涂抹锚头，并采用低收缩混凝土浇注密实。
　　（7）鼓励推广应用预应力数控张拉技术和可重复补张拉的预应力筋体系等新技术和新工艺。
　　4、施工监控
　　（1）项目业主应委托有能力的单位，对施工中结构的受力和变形进行施工过程控制。施工控制单位应采用先进适用的技术，建立桥梁健康完善的监测系统。监测系统应能保证对桥梁施工及运营过程中的应力、应变、位移进行连续观测。
　　（2）设计、施工控制单位均应根据拟定的施工方案进行施工计算，互相校核，并根据计算结果对施工方案提出修正和完善的意见。计算内容应包括主体结构和重要临时结构在施工过程中的受力及变形。

设计时按成桥状态设计（自重+二期+活载），施工时采用施工手段工艺辅助施工（临时斜拉塔），平衡弯距差，实现各阶段弯距差基本为零，由虚功原理，产生的挠度也为零

我也同意水幽寒版主关于“徐变、超载、竖向预应力损失过大”和关于“混凝土弹性模量未达到设计指标”而导致下挠发生的意见， 跨中下挠过大的原因也主要是这几个了。另外我感觉还有一个主要的原因：施工队伍对桥梁质量和使用寿命的影响也要认真考虑。1）施工人员对连续刚构桥的认识不足，个别负责主桥的施工人员只是毕业1年大学生。没有什么经验，只要眼前不出问题就好了，好多问题得过且过。还有好多人认为强度和弹摸的增长是同步的。2)好多施工队伍都是民工临时拼凑起来的，他们只关心现在把活干完，不会考虑10年20年以后这个桥会出什么问题。3) 实际张拉的预应力值和设计还是差的很远。民工也不知道张拉不到位和灌浆不好对桥梁的影响（他们大多是怎么省事怎么干），要是施工人员工作不到位，问题就出来了。
不能确保施工质量，实际桥梁的状态和设计差得太远，理论计算的结果没多大意义!

好多错误的概念竟然得到五个大拇指？晕倒

纵观国内外预应力混凝土梁桥出现主梁下挠的现象研究，普遍认为主梁产生下挠可能主要有以下几个原因：主梁混凝土收缩及徐变、主梁刚度的变化、预应力钢筋沿纵向的永存损失、设计理论的不完善和荷载增加等。
1．纵向预应力钢筋的预应力永存应力的损失
从已加固的一些连续刚构桥中发现,孔道的压浆有时不够饱满,存在着一些空隙,有时则浆体离析。处于跨中的孔道有大量的积水,一经戳破就有水流出。处于这样孔道中的预应力束,在水和空气的长期共同作用下,不可避免的会发生锈蚀,导致钢束有效应力的降低,不但会引起梁体下挠,而且有可能导致出现受弯竖向裂缝,降低梁体抗主拉应力的能力[30]。
另外预应力损失的计算存在误差。对较长的纵向预应力钢筋（尤其对非直线布筋情况），其沿纵向的永存应力可能与理论计算值有差异。纵向预应力有效性的降低，将直接或间接导致主梁的下挠。
2．对混凝土收缩徐变的影响程度及长期性的估计严重不足
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》中表6.2.7可知,构件的理论厚度越小,徐变系数越大;加载龄期越早,徐变系数越大。随着桥梁施工技术的日趋成熟和桥梁跨径的逐渐增大,大跨连续刚构呈现出主梁设计的轻型化、混凝土浇筑的机械化、加载早期化等特点。这些特点都会造成设计中对徐变的估计不足。
运营阶段混凝土徐变的方向与结构的初始状态有关。假如成桥阶段就存在跨中下挠的情况，随着桥梁运营年数的增加，下挠趋势就会在混凝土徐变效用的作用下越来越明显，进而造成主梁的持续下挠。
3．桥梁的设计理论还有待于进一步完善
1）公路桥规的计算结果偏小。根据第三章的计算结果和已有研究表明,公路桥规中关于徐变系数的计算结果偏小,不能适应高强度、大坍落度的混凝土收缩徐变计算。混凝土徐变系数的后续研究对桥梁向结构更轻盈、跨度更大的方向发展尤其重要。
2)取消预应力钢筋中的下弯钢索,用竖向预应力筋承受剪力,造成了竖向预应力损失过大。当前设计的许多桥梁,出于施工方便和经济效益等方面的考虑,取消了下弯钢索,只是通过竖向预应力和纵向预应力两者组合来控制腹板的主拉应力。在长期营运过程中,车辆荷载对桥面的不断冲击,会导致精轧螺纹钢筋锚头的松动,竖向预应力因锚固变形而减小,使桥的抗剪能力下降,主拉应力增大,箱梁两侧腹板出现了大量的斜剪裂缝。这使桥梁的整体刚度明显下降,所以随着时间的推移,产生了较大的不可恢复的下凹变形。
4．桥梁结构刚度的下降
当前连续刚构跨径在150m～300m范围内时,结构自身产生的弯矩占总弯矩的70%～90%,有效承载力仅为10%～30%，大部分承载力被结构的自重所消耗。因此,为了减轻自重,设计人员在规范允许的情况下,尽量减小梁的高度,箱梁根部梁高甚至由原来的L/18发展到L/20,以此来增加连续刚构的跨越能力,但是这样设计的同时也使梁的整体刚度有所下降,进而导致跨中下挠。
5．使用荷载超限
随着当地经济的飞速发展,公路交通量明显加大,超载、超速现象也越来越严重、超载是引起桥梁结构挠度的主要因素之一。根据重庆交通大学的研究表明,当超重5%时,跨中最大挠度增幅达12.2%。同时荷载的长期效应，行车密度大的活载产生的徐变也会加大跨中的挠度。由于长期处于繁忙的超负荷营运状态，主梁的挠度会进一步加大。

[ 本帖最后由 coffecat 于 2008-3-22 15:17 编辑 ]

这个是我学位论文的一段内容，给大家做个参考^_^

原帖由 superhugo 于 2007-6-24 11:29 发表

                               
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个人同时认为长期徐变效应并不一定使跨中挠度下降，在某些情况下，可能还会使结构产生一定的上拱～所以判断跨中下挠，不能简单认为就是徐变造成的，而应该从多方面分析考察

     混凝土徐变对挠度的影响和成桥的初始状态有关系，就是初始弯矩（也可以说成初始应力），自重和铺装弯矩大于预应力弯矩的时候就会出现常见的后期下挠；相反，如果预应力弯矩大于自重＋铺装弯矩的时候就会出现上挠。
     挠度的概念是向上和向下都为挠度。都需要控制的，所以我们建议考虑使用“零弯矩”的设计理论。
     但是随着跨度的增大，实现施工阶段中的零弯矩难度就越来越大了，会增加施工的难度，费时费力，很多时候需要分批张拉或者临时设置塔来达到各个截面的零弯矩（实际上是趋于比较小而已，不可能存在真正的零弯矩的）。
     同时由于后期的活载的影响也是一个问题，这个是施工阶段的零弯矩不能解决的。自重＋铺装＋后期活载三者产生的弯矩一般来说会大于预应力产生的弯矩（铁路桥的配筋一般很强，有可能不存在这个问题），这个时候跨中还是会出现正弯矩，这个时候建议再施工中就预留体外束的转向块，当桥梁运营几年后可以张拉体外束来达到控制跨中挠度的问题。
    假如条件允许还可以设置辅助的桥墩来减小跨中正弯矩，进而达到减小跨中持续下挠的问题。
   个人愚见^_^

很多人说的都很有道理，支持！小弟学到了不少

收缩徐变对大跨径预应力混凝土刚构桥的后期挠度有很大的影响，但是监控单位在计算预拱度的时候应该都考虑了成桥后近10年的收缩徐变对桥梁上构挠度的影响，同时还会加上一定的附加预拱度，从计算角度来说，即使计算理论不太完善，成桥运营后的上构线性也应该在可以接受的范围之内。根据我的经历。产生桥梁运营期内出现不良线形，施工单位负有不可推卸的责任。混凝土的浇筑，锚具的安装，预应力的张拉压浆，混凝土的养护，预应力筋的切割，甚至砂石原材料的含泥量等等，基本上没有哪个环节没有问题。对于这样的施工单位计算再精确也是没有用的。