連續(xù)剛構(gòu)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(xù)剛構(gòu)橋是橋梁工程中較為常見的大跨度結(jié)構(gòu)形式，特別在我國的西南部山區(qū)及南方交通發(fā)達(dá)地區(qū)用于跨線居多，很適合修建連續(xù)剛構(gòu)橋。但已建的這類橋型面臨著跨中下?lián)蠂?yán)重的通病，進(jìn)而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用和安全。文章主要針對這類病害原因進(jìn)行綜述，并提出便于實際工程中運用的控制措施。

關(guān)鍵詞：連續(xù)鋼構(gòu)橋；長期下?lián)?；成因；控制措?/p>

中圖分類號：U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有造價經(jīng)濟(jì)、受力合理、施工方便、行車舒適和線型優(yōu)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(jì)80年代起，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，連續(xù)剛構(gòu)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(xù)剛構(gòu)橋在服役過程中逐漸被發(fā)現(xiàn)了不少病害，諸如預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)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?lián)系膯栴}。主梁過度下?lián)现饕憩F(xiàn)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(jié)構(gòu)的長期撓度遠(yuǎn)大于設(shè)計計算的預(yù)計值。主梁的過度下?lián)嫌绊懥藰蛄旱男旭偸孢m性和安全性，同時對橋梁的景觀效果產(chǎn)生危害。過大的撓度導(dǎo)致梁底板開裂，而裂縫的增加減小了主梁剛度，進(jìn)一步導(dǎo)致?lián)隙仍黾樱纬蓯盒匝h(huán)，導(dǎo)致維護(hù)成本飆升，甚至影響結(jié)構(gòu)安全。國內(nèi)外的連續(xù)剛構(gòu)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(fā)現(xiàn)左幅跨中撓度達(dá)22.2cm，右幅跨中撓度達(dá)20.7cm，大大超過了徐變預(yù)拱度值設(shè)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(dá)到了驚人的63.5cm。

國內(nèi)外的學(xué)者針對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋長期下?lián)系膯栴}已經(jīng)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(jīng)驗。本文將總結(jié)長期下?lián)喜『Φ某梢颍⑻岢鰷p小長期下?lián)系拇胧┖蛯Σ摺?/p>

1 長期下?lián)系某梢?/p>

1.1 混凝土的收縮徐變

混凝土的收縮徐變被認(rèn)為是長期下?lián)系闹饕?。美國混凝土學(xué)會第209委員會報告指出所有影響收縮徐變的因素及結(jié)果本身都是隨機(jī)變量，它們的變異系數(shù)最小達(dá)到15%。目前世界上存在多種徐變計算模式，選取的參數(shù)也有較大區(qū)別，給工程設(shè)計中徐變撓度的預(yù)測計算帶來了困難。同時，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)多采用泵送混凝土懸臂澆注，混凝土強(qiáng)度高、水灰比大、各種添加劑（減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等）多；另一方面，隨著超高強(qiáng)度混凝土的興起以及混凝土外加劑（減水劑、早強(qiáng)劑等）的成熟，混凝土剛構(gòu)橋朝著“輕、薄”方向不斷發(fā)展，對混凝土的收縮徐變特性有較大的影響。構(gòu)件理論厚度越小則徐變系數(shù)越大，加載齡期越早則徐變系數(shù)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(yù)應(yīng)力張拉，造成了早齡持荷加劇長期下?lián)系慕Y(jié)果。因此，分析混凝土收縮和徐變機(jī)理，明確影響混凝土收縮徐變的內(nèi)外部因素，進(jìn)而提出合理的收縮徐變預(yù)測模式，并在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)工程設(shè)計與施工是大跨度剛構(gòu)橋長期撓度預(yù)測的重要問題[3]。

1.2 預(yù)應(yīng)力度

有研究表明：徐變變形還會隨著預(yù)應(yīng)力度的增大而呈現(xiàn)出減少趨勢，當(dāng)混凝土的預(yù)應(yīng)力度比較小時，就會導(dǎo)致主梁出現(xiàn)過度下?lián)系那闆r，此外當(dāng)混凝土徐變變形變大時，預(yù)應(yīng)力束增加，導(dǎo)致主梁下?lián)献冃沃导哟?。縱向預(yù)應(yīng)力的損失還將梁體降低抵御主拉應(yīng)力的能力，導(dǎo)致腹板開裂，顯著降低主梁剛度，導(dǎo)致跨中撓度增大。

在普遍采用的后張法預(yù)應(yīng)力的連續(xù)剛構(gòu)橋中，存在有瞬時損失以及時間相關(guān)損失兩種預(yù)應(yīng)力損失類型，其中前者主要是因為摩擦損失、錨具損失等構(gòu)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(yù)應(yīng)力筋松弛等損失構(gòu)成，其會對預(yù)應(yīng)力筋的長期預(yù)應(yīng)力造成影響，從而影響到整個混凝土結(jié)構(gòu)的長期撓度。

1.3 施工質(zhì)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(dǎo)致容易出現(xiàn)由于施工的過程可能控制不嚴(yán)大致的鋼筋綁接不到位、混凝土拌合及振搗質(zhì)量差、模板安裝不牢固等。連續(xù)剛構(gòu)橋通常是采用掛籃懸臂施工，截段拼接處的施工質(zhì)量對結(jié)構(gòu)剛度有重要影響。若該處存在拆模過早、鑿毛不規(guī)范、漏振、漏漿、錯臺等質(zhì)量問題，會影響主梁受力及截面特性，并且加速預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，造成預(yù)應(yīng)力損失，從而導(dǎo)致長期下?lián)?。預(yù)應(yīng)力波紋管的位置偏差，會改變預(yù)應(yīng)力束的偏心距，從而導(dǎo)致實際預(yù)應(yīng)力與設(shè)計不符。

1.4 管理水平

近年來我國的國民經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，使得部分橋梁在應(yīng)用過程中還出現(xiàn)了嚴(yán)重的超負(fù)荷運行情況，加之橋梁檢測維護(hù)體系不完善，對橋梁運營情況不能充分掌握，出現(xiàn)病害不能及時修復(fù)，加劇了施工質(zhì)量和超載運營問題[4]。

2 長期下?lián)系慕鉀Q辦法

控制大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋成橋后長期撓度，應(yīng)從設(shè)計、施工、施工監(jiān)控和管理等幾方面加以考慮。

2.1 設(shè)計方面

當(dāng)梁體斜裂縫跟垂直裂縫出現(xiàn)之后，會導(dǎo)致主梁剛度降低以及撓度加大的問題，而撓度增大則會導(dǎo)致梁體開裂情況進(jìn)一步增加，并形成一種惡性循環(huán)。這就要求在進(jìn)行工程時，保證梁具備有足夠的強(qiáng)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(yōu)化主梁的盈利狀態(tài)。此外通過對主梁梁體線性進(jìn)行優(yōu)化的模式，也能夠有效避免副板斜裂縫的出現(xiàn)，從而保障梁體的應(yīng)用性能。

將在預(yù)應(yīng)力跟豎向荷載共同作用下的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種偏心受壓結(jié)構(gòu)時，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力部分損失等不利影響，對于建筑質(zhì)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(xù)剛構(gòu)橋的受壓水平，并多是因為截面高度的應(yīng)力梯度引起的，需要通過增設(shè)頂板彎矩預(yù)應(yīng)力筋或者中支點區(qū)域底板厚度的模式來進(jìn)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(jié)構(gòu)采用（43+70+43）米變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋采用（左幅40+40+30米、右幅30+40+40米）等高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋面先簡支后連續(xù)。

該工程中采取預(yù)拋高模式來進(jìn)行大橋的線性控制，并需要通過預(yù)拱度設(shè)置的模式來避免橋梁長期下?lián)献冃吻闆r的發(fā)生。但是在大橋?qū)嶋H施工過程中還會受到混凝土材料變異、收縮徐變無法準(zhǔn)確計算以及預(yù)應(yīng)力管道偏離設(shè)計不合理等諸多因素的影響，預(yù)拱度也就難以進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。在進(jìn)行深田坑大橋的施工過程中將預(yù)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(shù)、彈性模量、預(yù)應(yīng)力束孔道摩阻系數(shù)、溫度變化等因素進(jìn)行充分的考慮[5]。

在進(jìn)行混凝土徐變模式的選擇時，需要先進(jìn)行混凝土小梁徐變實驗，在立模標(biāo)高放樣過程中來對梁體變化情況進(jìn)行密切的關(guān)注，并需要在結(jié)合了實際溫度的基礎(chǔ)上進(jìn)行模板標(biāo)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(yù)應(yīng)力束來進(jìn)行孔道模阻實驗，來對預(yù)應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行修正。此外還需要保持預(yù)應(yīng)力管道的定位準(zhǔn)確性以及預(yù)應(yīng)力的大小合理性。

在進(jìn)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(xiàn)。在具體施工過程之中還需要重視新老混凝土結(jié)合處豎向接縫的鑿毛，鑿毛應(yīng)有一定的強(qiáng)度和深度，要鑿除已完成節(jié)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(nèi)，盡可能延長混凝土初凝時間。

另外，在中跨跨中合攏前，應(yīng)采用勁性骨架對兩岸箱梁進(jìn)行頂推作業(yè)，預(yù)先使主墩向兩岸預(yù)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(tài)下，主墩墩頂位移基本為0的原則確定，實施頂推作業(yè)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(hù)方面

應(yīng)嚴(yán)格控制車輛的超速和超載，對大橋進(jìn)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(xiàn)：

[1]張全陽，何丹.大跨度連續(xù)剛構(gòu)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(biāo)體系及方法研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2013（02）.

[3]王明霞，冷 ，李曉紅，等.投資項目后評價的方法及應(yīng)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(shù)簡介[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2011（06）.

[5]曹玉田.對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋裂縫的設(shè)計對策探討[J].交通世界（建養(yǎng)·機(jī)械），2011（04）.

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