大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害成因分析

曾俊文

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

0 引言

近年來隨著高速交通的不斷發(fā)展，橋梁跨徑的不斷增大，人們對(duì)行車舒適度的要求的不斷提高，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)順勢(shì)發(fā)展。大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋吸收和繼承了連續(xù)梁橋和T形剛構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，梁體連續(xù)、梁墩固結(jié)，具有結(jié)構(gòu)整體性能好、抗震能力強(qiáng)、橋體簡(jiǎn)潔明快。與此同時(shí)，由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足、施工質(zhì)量控制不嚴(yán)、運(yùn)營年限增加、長期處于超限運(yùn)輸狀態(tài)等原因，導(dǎo)致一些連續(xù)剛構(gòu)橋在運(yùn)營幾年后便出現(xiàn)了不同程度的病害。

1 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋典型病害成因分析

目前，一些大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)的病害主要有：梁體跨中下?lián)?；箱梁底板橫向裂縫；箱梁底板縱向裂縫；箱梁頂板縱向裂縫。本文從設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營等方面綜合考慮，分別分析了各個(gè)病害的成因。

1.1 梁體跨中下?lián)显?/h3>

梁體跨中下?lián)鲜谴罂鐝竭B續(xù)剛構(gòu)橋最常見的病害之一，其不僅破壞橋體美觀，加大橋梁養(yǎng)護(hù)費(fèi)，更會(huì)降低橋體結(jié)構(gòu)安全度。因此，有必要對(duì)中下?lián)蠁栴}的成因加以分析，控制其發(fā)展。目前國內(nèi)外比較認(rèn)同的導(dǎo)致大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁體跨中下?lián)系闹饕蛴校?/p>

a.混凝土收縮徐變；

b.縱向預(yù)應(yīng)力有效性的降低；

c.荷載長期效應(yīng)的影響；

d.預(yù)拱度偏小。這些因素有些不但具有較大的隨機(jī)不確定性, 而且還相互耦合。

（1）混凝土收縮徐變

混凝土收縮徐變是影響大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁體跨中下?lián)系闹饕蛑?，特別是近年來高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)使混凝土的收縮徐變問題變得更加復(fù)雜。對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋而言，由于梁體采用高強(qiáng)混凝土，其水灰比低，致密性高，其干燥收縮、自發(fā)收縮、碳化收縮的影響均不可忽視。頂板薄且受日照較多，底板厚且受日照較少，當(dāng)頂板收縮大部分完成時(shí)，底板卻還在進(jìn)行大部分的收縮變形，這樣頂板與底板的混凝土存在較大的收縮差，導(dǎo)致主梁曲率長期增加，梁體結(jié)構(gòu)剛度下降，梁體跨中長期下?lián)稀?/p>

（2）縱向預(yù)應(yīng)力有效性的降低

梁體全橋縱向預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力有效性大幅降低，是引起跨中下?lián)系闹匾蛑弧ｎA(yù)應(yīng)力筋的不合理布置、混凝土較大的收縮徐變、預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間較大的摩擦、施工時(shí)孔道壓漿的不合格質(zhì)量等都會(huì)引起預(yù)應(yīng)力的損失。受這些因素的影響，主梁正彎矩區(qū)底板縱向預(yù)應(yīng)力和負(fù)彎矩區(qū)頂板縱向預(yù)應(yīng)力有效性降低，梁體結(jié)構(gòu)剛度下降，從而使梁體跨中下?lián)稀?/p>

（3）荷載長期效應(yīng)的影響

結(jié)構(gòu)一旦形成，便會(huì)有其自己的剛度，但隨著時(shí)間的增長，構(gòu)件的剛度也會(huì)降低。在一、二期恒載的長期作用下，受壓區(qū)混凝土發(fā)生徐變，受拉區(qū)混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)作用逐漸降低，鋼筋平均應(yīng)變?cè)龃?，受壓區(qū)與受拉區(qū)混凝土的收縮不一致，從而導(dǎo)致構(gòu)件的曲率增大，構(gòu)件的剛度降低，梁體跨中撓度增大。此外，汽車活載，尤其是大量的超重、超載車輛在橋梁上的通行，使橋梁嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行，更是加劇了這種效應(yīng)，加重梁體跨中下?lián)稀?/p>

（4）預(yù)拱度設(shè)置偏小

在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)閷?duì)結(jié)構(gòu)中有時(shí)間相關(guān)性的影響因素的考慮不全面，如混凝土的收縮徐變、有效預(yù)應(yīng)力的時(shí)變特性、箱梁截面不同板厚對(duì)收縮徐變的影響等，國內(nèi)現(xiàn)有的計(jì)算手段不完善，導(dǎo)致預(yù)拱度的設(shè)計(jì)值偏小。而施工時(shí)，一般采用懸臂施工，分段澆注，又急于趕進(jìn)度，使橋梁線性控制出現(xiàn)偏差，最后采用調(diào)節(jié)橋面鋪裝厚度的方法彌補(bǔ)誤差，造成實(shí)際恒載超出設(shè)計(jì)，加劇梁體跨中下?lián)稀?/p>

1.2 箱梁底板橫向裂縫

箱梁底板橫向裂縫產(chǎn)生的原因與引起梁體跨中下?lián)系脑蝾愃?，有混凝土收縮徐變、縱向預(yù)應(yīng)力筋有效性降低、荷載長期作用等，特別的，由預(yù)應(yīng)力束的徑向力引起的箱梁底板局部壓應(yīng)力過大，是導(dǎo)致箱梁底板產(chǎn)生大量橫向裂縫的另一個(gè)原因。

底板上下層鋼筋網(wǎng)絡(luò)依靠預(yù)應(yīng)力束孔道的孔壁連接，由于預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的徑向力使孔道孔壁受到豎向拉應(yīng)力作用；同時(shí)，在預(yù)應(yīng)力束的拉應(yīng)力作用下，箱梁底板受到較大的局部壓應(yīng)力。而由于施工中鋼束定位不準(zhǔn)，孔道布置過密，導(dǎo)致管道間混凝土豎向拉應(yīng)力急劇增大，孔道孔壁破壞，箱梁底板局部壓應(yīng)力突然增大。當(dāng)箱梁底板局部壓應(yīng)力超過底板的極限承載力時(shí)，箱梁底板產(chǎn)生大量的橫向裂縫。

1.3 箱梁底板沿預(yù)應(yīng)力束縱向裂縫

箱梁底板沿預(yù)應(yīng)力束縱向裂縫產(chǎn)生的原因與引起梁體跨中下?lián)系脑蝾愃?，有混凝土收縮徐變、頂板縱向預(yù)應(yīng)力筋有效性降低、荷載長期作用、底板截面尺寸不足等特別的，底板預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生較大的徑向力使箱梁底板橫向拉應(yīng)力劇增，是使其產(chǎn)生沿預(yù)應(yīng)力束縱向裂縫的另一個(gè)重要原因。

由于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力束的布置要形成拱形，所以只能按照橋的立面線性布置預(yù)應(yīng)力束。預(yù)應(yīng)力束平行于底板一次布置，在立面上看就形成了拋物線型或圓弧形的預(yù)應(yīng)力束線性。而當(dāng)張拉箱梁底板預(yù)應(yīng)力時(shí)，預(yù)應(yīng)力沿自身產(chǎn)生張拉力的同時(shí)，會(huì)使各個(gè)截面產(chǎn)生向弧心的徑向力，預(yù)應(yīng)力束多且密集，張拉預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的徑向力較大。當(dāng)較大的徑向力作用于箱梁底板，造成箱梁底板橫向拉應(yīng)力過大，預(yù)應(yīng)力筋下移，從而產(chǎn)生沿預(yù)應(yīng)力束縱向裂縫。

1.4 箱梁頂板縱向開裂問題

箱梁頂板縱向開裂問題產(chǎn)生的原因與引起梁體跨中下?lián)系脑蝾愃疲谢炷潦湛s徐變、縱向預(yù)應(yīng)力筋有效性降低、荷載長期作用等，此外，頂板設(shè)計(jì)較薄、橫向預(yù)應(yīng)力分布不均、橫向預(yù)應(yīng)力筋布置的不足、箱梁橫向彎曲空間效應(yīng)等，亦是導(dǎo)致頂板縱向開裂的原因。

由于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑大，恒載、活載產(chǎn)生的負(fù)彎矩大，而為減輕自重箱梁頂板設(shè)計(jì)較薄，致使頂板縱向開裂。此外，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋分段施工，澆注完一段混凝土后即張拉完該段橫向預(yù)應(yīng)力束，由于各個(gè)階段橫向預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力分布和疊加，導(dǎo)致箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力分布不均，箱梁頂板出現(xiàn)縱向裂縫。而橫向預(yù)應(yīng)力筋布置的不足、箱梁橫向彎曲空間效應(yīng)則進(jìn)一步加劇了頂板縱向開裂問題。

2 總結(jié)與展望

綜上所述，導(dǎo)致大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋產(chǎn)生典型病害的因素很多，這些因素有些不但具有很大的不確定性，而且各個(gè)因素之間亦相互耦合。我們除了要了解各個(gè)病害的產(chǎn)生原因與加固對(duì)策的同時(shí)，更重要的是在設(shè)計(jì)和施工等方面做好預(yù)防，有效控制這些病害的發(fā)生。因此，一方面，我們要進(jìn)一步完善大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)工作，尤其要充分考慮具有時(shí)間相關(guān)性的影響因素，如混凝土收縮徐變、溫變等對(duì)預(yù)應(yīng)力有效性的影響等，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的控制，有意識(shí)的布置對(duì)梁體跨中下?lián)系姆老聯(lián)鲜?。另一方面，在施工中要?yán)格控制施工質(zhì)量，盡可能減少懸臂施工階段的梁體跨中撓度；設(shè)置足夠的施工預(yù)拱度，保證預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際張拉效果，減少由于偏差產(chǎn)生的次生應(yīng)力。

[1]齊東春，張永水，李強(qiáng).大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系某梢蚣皩?duì)策[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007 (12) : 34-36.

[2]徐詠梅.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋病害[D].2005. 4.

[3]惠榮炎，黃國興，易冰若.混凝土的徐變[M].北京:中國鐵道出版社，1988.

[4]王維紅，張雪松.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)蠁栴}研究[J].重慶交通科技，2006(1):19-20，22.

[5]郭豐哲，錢永久，李貞新.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段底板崩裂原因分析[J].公路交通科技，2005, 22(10):68-83.

[6]伍波，楊家玉，石永燕等.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的常見病害與設(shè)計(jì)對(duì)策[J].公路交通技術(shù)(增刊)，2005:109-111.

[7]王首緒，詹建輝.特大跨度連續(xù)剛構(gòu)主梁下?lián)霞跋淞毫芽p的體外預(yù)應(yīng)力處治[J].中外公路，2007,27(3):147-149.

[8]栗勇，李照明，姜鵬.連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害及對(duì)策.橋梁工程，2010NO.2（Mar）Vol.28：58-60.

[9]舒長征,莫金明,吳先樹.連續(xù)剛構(gòu)橋中跨跨中底板崩裂原因分析與加固措施.交通科技，No. 2 Apr. 2008：19-21.

[10]伍波，楊家玉，石永燕，張峰.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的常見病害與設(shè)計(jì)對(duì)策.公路交通技術(shù)，Ju1.2005 Supplement；109-111.