預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋大跨梁橋的幾種類型第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天等截面連續(xù)梁變截面連續(xù)梁連續(xù)剛構(gòu)剛構(gòu)—連續(xù)組合梁第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天大跨梁式橋具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、造價相對較低；2、施工簡易快捷；3、建筑高度小，適應(yīng)能力強(qiáng)；4、維護(hù)費(fèi)用少。因而是200m跨徑以內(nèi)的主力橋型。第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

大跨梁式橋經(jīng)長期使用后，容易出現(xiàn)一些較常見的病害。概括起來有：概述一、跨中下?lián)?；二、梁體開裂。第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1978年建成通車的帕勞共和國科羅巴島橋，主跨241m的PC連續(xù)剛構(gòu)橋，通車后不久就開裂和下?lián)希?996年9月倒塌。典型實(shí)例：第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天一、梁體下?lián)蠁栴}第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體下?lián)?/p>

跨中下?lián)鲜鞘制毡榈默F(xiàn)象。主因由混凝土徐變引起。

跨中下?lián)贤殡S跨中段出現(xiàn)橫向裂縫和大量斜裂縫，其下?lián)峡蛇_(dá)到相當(dāng)大的程度，造成嚴(yán)重病害。

第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天黃石長江公路大橋跨中下?lián)希畲笠堰_(dá)到33.5cm，當(dāng)然同時出現(xiàn)大量的主拉應(yīng)力斜裂縫與跨中區(qū)段橫向裂縫。梁體下?lián)系?頁,共63頁，2024年2月25日，星期天湖北鐘祥漢江大橋因下?lián)虾烷_裂等嚴(yán)重病害而拆除重建！１９９３年１１月通車，05年拆除65m+3×100m+65m，五跨連續(xù)箱梁橋第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天鐘祥大橋正在拆除第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

跨中下?lián)系念A(yù)防對策梁體下?lián)系?2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（一）控制負(fù)彎矩區(qū)域截面的應(yīng)力梯度梁體下?lián)系?3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體下?lián)闲熳兿聯(lián)洗笮熳兿聯(lián)闲⊙亟孛娓叨鹊膲簯?yīng)力分布梯度：第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體下?lián)现挥休S向徐變徐變上拱沿截面高度的壓應(yīng)力分布梯度：第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天設(shè)計(jì)對策：梁體下?lián)?/p>

上緣增大壓應(yīng)力（加預(yù)應(yīng)力）

下緣減小壓應(yīng)力（增加底板厚度）第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體下?lián)?/p>

在梁根部區(qū)段，可使懸臂節(jié)段的自重完全由預(yù)應(yīng)力抵消（零彎矩）。內(nèi)支點(diǎn)上方底板厚度宜不小于跨徑的1/140。第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體下?lián)系?8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天跨中下?lián)系念A(yù)防對策：（二）足夠的正截面和斜截面強(qiáng)度

梁體下?lián)翔b于跨中下?lián)贤c橫向裂縫與斜裂縫一起發(fā)生，相互促進(jìn)惡化，因此保證梁有足夠的正截面強(qiáng)度和斜截面強(qiáng)度是首要的。計(jì)算中要充分考慮徐變的不利影響。第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

（三）設(shè)計(jì)文件的規(guī)定（1）混凝土加載齡期至少應(yīng)在7天以上，強(qiáng)度和彈模至少在90％以上。梁體下?lián)希?）宜采用真空壓漿，減小管道摩阻、防止漏漿。（3）嚴(yán)格控制混凝土超方。第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（四）特大跨徑梁橋跨中區(qū)段輕型化梁體下?lián)系?1頁,共63頁，2024年2月25日，星期天斯托爾馬橋(L=301m)，跨中182m為C60輕質(zhì)混凝土

梁體下?lián)系?2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天重慶石板坡長江大橋跨中108m長為鋼梁梁體下?lián)系?3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（五）徐變計(jì)算適當(dāng)考慮活載影響梁體下?lián)?/p>

徐變計(jì)算不只針對恒載，應(yīng)適當(dāng)考慮大交通量活載的影響。蘇通長江大橋輔航道橋設(shè)計(jì)考慮了二個車道的汽車荷載參與徐變計(jì)算，值得借鑒。第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二、梁體開裂問題第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天交通部公路科學(xué)研究院曾經(jīng)對全國公路系統(tǒng)主跨大于60m的近180座主要預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋作了裂縫調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：腹板裂縫頂板裂縫底板裂縫橫隔板裂縫齒板裂縫86.4%90.9%54.5%86.4%36.4%梁體開裂第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－斜裂縫

（一）腹板斜裂縫第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

腹板斜裂縫是出現(xiàn)最多的梁體裂縫。與梁軸線呈25°～50°開裂。斜裂縫的另一個特征是箱內(nèi)腹板斜裂縫要比箱外腹板斜裂縫嚴(yán)重。這已為一些大跨徑梁橋的檢查結(jié)果所證實(shí)。

梁體開裂－斜裂縫第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)側(cè)（條）外側(cè)（條）上游腹板808100下游腹板1149294合計(jì)1957384

黃石長江公路大橋通車七年后，于2002年5月對大橋進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的病害，箱梁裂縫檢出2438條，其中1957條分布在箱梁腹板內(nèi)表面上（占80.3%），

384條分布在腹板外表面上（占15.8%），

87條分布在箱梁底板上（占3.6%）。箱梁腹板裂縫統(tǒng)計(jì)黃石長江公路大橋開裂現(xiàn)象第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天黃石長江大橋腹板裂縫第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－斜裂縫預(yù)防腹板斜裂縫的設(shè)計(jì)對策第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－斜裂縫1、腹板計(jì)算應(yīng)考慮空間效應(yīng)面內(nèi)應(yīng)力：第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－斜裂縫日照溫差導(dǎo)致箱梁內(nèi)部全截面受拉面外應(yīng)力—溫度影響按照多國規(guī)范計(jì)算，日照作用下腹板內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力可達(dá)2MPa第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天產(chǎn)生水平拉應(yīng)力梁體開裂－斜裂縫跨中張拉后期索導(dǎo)致腹板受彎拉、底板受彎面外應(yīng)力—后期索影響第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－斜裂縫2、腹板厚度應(yīng)足夠腹板內(nèi)需滿足：（1）置縱向下彎束；（2）置豎向束；（3）置普通鋼筋。（4）混凝土澆筑密實(shí)。腹板內(nèi)縱向束第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3、設(shè)置高效豎向預(yù)應(yīng)力梁體開裂－斜裂縫第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

豎向預(yù)應(yīng)力不足是預(yù)應(yīng)力箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫的主要原因之一。

精軋螺紋鋼錨固體系存在以下不足：（1）張拉應(yīng)力低，伸長量小；（2）剛性索，施工稍有偏差，螺母就擰不到位；（3）張拉控制應(yīng)力高，易斷筋，難更換；梁體開裂－斜裂縫（4）施工質(zhì)量難以檢驗(yàn)。第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

混凝土箱梁的精軋螺紋鋼豎向預(yù)應(yīng)力筋第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力筋于1956年由德國Dywidag（地偉達(dá)）公司研發(fā)成功。50多年以來，短索基本采用這一技術(shù)，沒有明顯改進(jìn)。梁體開裂－斜裂縫第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天而鋼絞線具有柔性、高強(qiáng)度和大延伸量的優(yōu)勢，強(qiáng)于精軋螺紋鋼筋。但對于短索，由于夾片錨回縮損失大而不宜采用。梁體開裂－斜裂縫第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

新型二次張拉低回縮預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固體系用于豎向預(yù)應(yīng)力，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于精軋螺紋鋼。

梁體開裂－斜裂縫第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天張拉端低回縮豎向錨固系統(tǒng)低回縮二次張拉錨具構(gòu)造P型錨具系統(tǒng)錨具構(gòu)造固定端梁體開裂－斜裂縫第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天a)第一次張拉鋼絞線

b)第二次張拉錨杯

c）擰緊螺母

至設(shè)計(jì)荷載至設(shè)計(jì)荷載消除回縮梁體開裂－斜裂縫第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

4m長的鋼絞線經(jīng)二次張拉后，回縮損失由25％降為3.6％，預(yù)應(yīng)力效率至少是精軋螺紋鋼的2倍。

2.豎向高效預(yù)應(yīng)力體系第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第二次張拉錨杯至設(shè)計(jì)荷載螺母與墊板密貼

梁體開裂－斜裂縫第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫（二）縱向裂縫——頂、底板裂縫

第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫

原因和對策第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫

1、超載超載特別是超重車軸荷載的作用，對橫向的影響比縱向更大，這是因?yàn)榭v向彎矩自重占絕大部分；而橫向彎矩主要由活載引起，軸重超過規(guī)范時，易出現(xiàn)頂板下緣的縱向裂縫。

——限超第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫2、溫差應(yīng)力估計(jì)過小

我國89橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，對溫差應(yīng)力，僅規(guī)定了翼緣與梁體的其他部位有5℃的溫差。這樣的溫差偏小，與實(shí)際情況嚴(yán)重不符！根據(jù)研究，對于箱梁，溫差應(yīng)力可以接近甚至超過活載的應(yīng)力。這是出現(xiàn)縱向裂縫的原因之一。第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫

現(xiàn)行《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》中已規(guī)定了比過去大得多的溫度梯度。這個問題可望得到解決。第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫3、縱向應(yīng)力的泊松效應(yīng)若混凝土的縱向壓應(yīng)力則相應(yīng)的橫向拉應(yīng)力可達(dá)第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫

由于頂板較薄，又需布置縱、橫向預(yù)應(yīng)力束和普通鋼筋，橫向預(yù)應(yīng)力筋的位置較難精確控制，一旦偏差較大，易在頂板下緣出現(xiàn)縱向裂縫。頂板薄導(dǎo)致活載作用下混凝土應(yīng)力變幅過大，容易出現(xiàn)疲勞裂縫。

—建議頂板厚度不小于30cm。4、頂板較薄第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫

5、變截面箱梁的底板由于施加后期預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生徑向力，當(dāng)?shù)装鍣M向配筋不足，會在底板橫向跨中下緣及橫向兩側(cè)底板加腋開始的上緣，出現(xiàn)縱向裂縫。第53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天合攏束等效荷載的豎向分力和錨固點(diǎn)水平作用力跨中張拉后期索導(dǎo)致腹板受彎拉、底板受彎跨中區(qū)域底板橫向受力分析梁體開裂－縱向裂縫第54頁,共63頁，2024年2月25日，星期天跨中區(qū)域底板橫向受力分析跨中底板病害類型一般有三種：（基本由底板后期束引起）1）底板混凝土局部區(qū)域崩裂；2）底板上、下層鋼筋網(wǎng)分層；

—應(yīng)布置可靠的鉤筋3）跨中底板下緣的縱向裂縫。

—橫向鋼筋配足底板上、下層鋼筋網(wǎng)分層梁體開裂－縱向裂縫第55頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用橋面廣泛采用瀝青混凝土鋪裝，而瀝青混凝土攤鋪時要求高溫操作，攤鋪溫度往往高達(dá)1500C。大氣向上與大氣熱交換，導(dǎo)致瀝青混合料及周圍環(huán)境溫度不斷變化向下與結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度急速升高，形成非常大的梯度溫度第56頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用較大的梯度溫度對箱梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常不利的影響！但現(xiàn)行規(guī)范中沒有任何條文對此進(jìn)行規(guī)定！第57頁,共63頁，2024年2月25日，星期天梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用箱梁不同位置的溫度隨時間變化圖有限元熱分析得出：2、對于瀝青鋪裝層，溫度在最初的一段時間內(nèi)下降非?？?，30m