浅谈大跨径连续刚构的发展与未来

　　摘要：归纳了近年来大跨径连续刚构桥发展的特点，总结了发展过程中遇到的几个主要病害现象，并分析其成因，从设计和施工2个角度出发，阐述了解决目前主要病害现象的措施，并且指出了未来大跨径连续刚构发展的趋势和特点。

　　关键词：大跨径连续刚构病害处理对策发展

　　1大跨径连续刚构的发展现状

　　连续刚构桥采用变截面箱梁，是预应力混凝土连续梁桥之一。是从以前的T构和连续梁结构相结合而演变成的一种桥型，适合于大跨径、高墩，外观简洁、优美。连续刚构桥首先在国外发展，而后我国公路系统从80年中期开始设计、建造连续刚构桥，其中最有代表性的属广东虎门大桥副航道桥，主孔270m，为当时世界同类桥中最大跨径。连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。一联内无缝，行车舒适;梁、墩固结，不须设置大吨位支座;合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性;墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。连续刚构采用自架设体系施工，支架少，施工方便，造价低，后期养护费用低。由于连续刚构受力和使用上的特点，在300m以下跨径的砼桥中，具有相当的竞争力。大跨径连续刚构的发展伴随着高标号砼和大吨位群锚体系的发展而发展，目前，已建成的连续刚构为挪威的新斯托尔马桥(NewStolma)主跨301m，为世界第一跨径连续刚构。

　　2目前所遇到的病害情况和成因分析

　　大跨径连续刚构蓬勃发展的同时，它也象其他桥型一样，也同样遇到了一些问题，实际运营当中，突出表现为腹板开裂和跨中下挠。

　　设计中，对梁的主拉应力都需要进行严格验算，而且也都能满足规范要求，但实际当中，确实大量的裂缝仍然还会出现。裂缝主要分为两种，一种是构造裂缝，即由于砼的养护过程中的各种条件不能达到养护标准而形成，这种裂缝一般情况下非常小，发展稳定，不会影响结构的受力，处理后就不会再发展;另外一种就是其中由于受力所引起的受力裂缝，主要包括以下几个方面：主拉应力产生的腹板斜裂缝，主要分布于边跨1/4跨径位置;锚后拉应力产生的腹板斜裂缝;边跨端部的斜裂缝;竖向正应力产生的腹板水平裂缝;竖向正应力和主拉应力作用下的腹板水平、斜向组合裂缝;另，箱梁顶板、底板裂缝主要有预应力齿板锚后裂缝以及底板束纵向裂缝。

　　跨中下挠也是大跨径连续刚构的主要病害之一，而且从目前来看跨径80～100m以下的，病害较少;跨径在100～160m之间的，病害多，而跨径在160m以上的，表现得比较突出。比如广东丫髻沙大桥(跨径组合为86+160+86m)跨中下挠为23cm，江津长江大桥(跨径组合为140+240+140)跨中下挠为31.7cm，黄石公路大桥(跨径组合为62.5+3x245+62.5)跨中下挠值已达33.5cm，广东虎门大桥辅航道桥(跨径组合为150+270+150m)，跨中下挠为26cm，下挠值基本在1/700～1/1038之间，而且随着跨径的增大，下挠值也有逐步增大的趋势。

　　面对上述病害，桥梁设计者也非常困惑，做了大量的研究、分析和计算工作，来分析这两种病害的成因和处理办法，主要归纳为以下几个方面。

　　2.1裂缝成因

　　大跨径连续刚构裂缝成因较复杂，主要包括以下几个方面：

　　(1)现行规范对于主拉应力的计算对于是否计入横向应力没有明确规定，但实际当中，箱梁底板的自重，上翼缘的悬臂，活载以及箱室的内外温差都会产生腹板内侧的横向拉应力，由于箱梁底板束处于圆弧段上，底板束的张拉还会引起腹板的竖向拉应力。《苏通大桥副桥连续刚构设计》中已提出“经计算分析，箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大。考虑此项效应的主拉应力将远超过规范允许值。”另外，箱形断面的受力复杂，会使腹板剪应力加大，从而增大主拉应力。

　　(2)腹板取值偏小，而且钢筋配置偏少。

　　(3)计算中，虽然考虑了竖向预应力的作用，但在实际施工中，人们对竖向预应力的重要性认识还不够，施工不规范，使实际中的竖向预应力度大打折扣。

　　(4)现实中的结构超载，导致箱梁横向受力非常不利。

　　(5)实际施工中的结构超方现象严重，导致结构横载增加，对腹板斜截面抗裂不利。

　　2.2跨中下挠原因

　　大跨径连续刚构跨中现象较为普遍，成因也较多，主要包括以下几个方面：

　　(1)对于收缩徐变的影响认识不足，跨中储备不大，导致预应力配置时，跨中底板束配置较少，后期易形成下挠。

　　(2)实际施工中的结构超方现象严重，导致结构横载增加，由于结构的收缩徐变与自重相关性较大，超方使得结构的收缩徐变影响更大，但此影响往往在结构设计中没有考虑。

　　(3)预应力的施工质量较差，后期灌浆往往达不到要求。

　　(4)实际运营中的超载现象，使主梁不堪负重。

　　(5)片面强调工期，对砼的加载龄期没有明确提出要求。虽然砼的强度达到设计要求，但弹模往往达不到要求，导致预应力引起的弯距不足以完全抵消自重产生的弯距，从而导致施工阶段弹性下挠值增大。另外，早期加载还会使预应力的徐变损失加大，使徐变挠度增加。

　　3连续刚构的主要技术问题处理

　　面对上述主要病害，通过认真对比和分析其成因，从设计和施工角度两方面来进行控制，从设计上严格控制，尽量避免结构的先天不足，既要对将来的某些不确定因素比如超载有所考虑，又要减少结构的浪费;从施工上来，严格施工管理，着重强调施工质量，对连续刚构的某些施工工艺和技术要求进行深入研究、探讨，形成适合连续刚构的施工工艺。

　　3.1设计角度

　　(1)选取合理的截面尺寸。合理的结构尺寸是桥梁结构正常受力和发挥作用的前提。目前，连续刚构的根部梁高应取到主跨的1/17～1/16之间，是个比较合理的范围;腹板厚度与将来的腹板裂缝息息相关，要保持足够的厚度，不能单纯地为了减少结构自重而使腹板变化范围过小，导致对将来运营阶段受力不足，另外还应当提供腹板普通钢筋的含量，加密箍筋。

　　(2)设计计算时，要加强对箱梁横向地受力计算，结构的主拉应力要考虑足箱梁横向应力对结构主拉应力的影响。

　　(3)加强对竖向预应力的控制，由于精轧螺纹钢的锚具本身回缩值较大，当梁高较矮时，考虑用钢绞线取代普遍采用的精轧螺纹钢，从而减少竖向预应力的损失。

　　(4)设置跨中钢束和顶板钢束的备用束，以备将来发生病害时能及时补救。

　　(5)设计计算时要充分考虑实际施工中的超方现象和运营中超载现象，要对此进行荷载验算，在兼顾经济性的前提下，增大结构的安全储备。

　　(6)提高对收缩徐变的认识，加强对收缩徐变影响的考虑。

　　3.2施工角度

　　(1)对连续刚构的施工，因组织专门人员进行监督，严格控制施工中的超方现象。通过增大模板刚度或者其他采取其他措施，减少施工中胀模现象的发生，按设计要求完成结构尺寸。

　　(2)纵向预应力采用塑料波纹管和真空辅助压浆工艺，提供预应力的施工质量。

　　(3)保障砼块件的养护周期，不能简单的以强度为标准，还得控制砼的弹模，须2者都达到要求时，再进行下一阶段施工。

　　(4)重视竖向预应力的重要性，应按照更严格的施工规范操作进行，保障竖向预应力的有效性。

　　(5)配合好监控单位的施工监控工作，提前要进行预应力张拉的试验数据和设计进行校正，为施工监控提供有力的保障。

　　4未来连续刚构的发展趋势

　　目前，连续刚构在我国可以说发展非重迅猛，自1988年我国第一座大跨径预应力混凝土连续刚构-广东洛西大桥建成以来，主跨在100m以上的连续刚构已达100余座，主跨在200m以上的连续刚构已达30多座，不论是设计还是施工，我国的桥梁工作者都积累了丰富的经验，面对所出现的各种病害，也纷纷研究了各项对策，对于一个出现时间较短的桥型结构已经有了较为深刻的认识。随着新型材料的出现和我国高速公路建设的发展，大跨连续刚构桥面临着新的机遇和挑战。

　　(1)随着材料科学的发展，轻质、高强的混凝土在大跨桥梁上的运用会迅速推广开来，连续刚构的自重问题有望得到解决，有利于结构向更大跨径发展，从而具有更强的生命力和竞争力。

　　(2)随着各地区经济的迅速发展，各地交通量也增加迅速，原先按双向4车道甚至6车道设计的高速公路已难以满足目前交通量的要求，许多高速公路已开始拓宽建设。为了适应发展的要求，我国目前新建的高速公路有的已直接开始向双向8车道发展，那么符合建设条件的大跨连续刚构也必然向更宽的宽度发展，原先设计的连续刚构多为12m或12.25m桥宽，均采用单箱单室断面，结构受力明确。当桥宽增加到20m左右时，已为连续刚构的发展提出了新的挑战，如果仍采用单箱单室断面，会使结构的悬臂和箱宽都会非常大，箱梁的翘曲、畸变现象会比较明显;如果采用单箱双室断面，则大跨结构多腹板的剪力传递不够明确，结构受力复杂，需要对单箱双室结构认真进行空间计算分析、研究，明确结构受力状态，从而适应高速公路的发展。

　　(3)通过设置合适的边、主跨比(0.54～0.56)，边跨现浇段的施工用导梁技术代替以前的落地支架施工，减少了连续刚构对边墩的高度要求，使得该桥型即使在边墩很高的情况下，仍然适用，增大了连续刚构的适用范围;同时由于减少了落地支架，即方便了施工，又能加快工期，提高经济效益。

　　5结束语

　　我们相信，随着未来科技的进一步发展和桥梁工作者们的不懈努力，其病害必然能被克服，大跨径连续刚构桥必将在未来重塑辉煌。

　　参考文献：

　　【1】周军生，楼庄鸿大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势中国公路学报。

　　【2】吕敬之，李强，胡建勋大跨径连续刚构桥设计的几个主要问题2007年全国桥梁学术会议论文集。

　　【3】楼庄鸿，王国亮大跨径梁式桥的主要病害及其预防2007年全国桥梁学术会议论文集。

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