浅析控制大跨连续刚构桥梁过度下挠的技术措施

蓝煜毅+王年福

摘要：随着我国经济的不断发展，桥梁建设也取得良好的发展，为大跨径预应力连续刚构桥的发展提供了有利条件，连续梁桥包括多种类型，预应力混凝土连续钢构桥是其中的一种类型，刚构桥可通过高墩柔度，促使结构因徐变、收缩、温度变化，从而产生位移。刚构桥具备结构刚度适宜、养护简单、抗震能力好、行车舒适、变形小等特征，应用效果较好。本文主要分析大跨连续钢构桥梁过度下挠的控制方法，探讨应对方式。

关键词：连续钢构桥梁 过度下挠 技术措施

从目前的桥梁建设桥型上看，大跨度预应力混凝土连续钢结构属于常用桥型，在交通建设事业中具有重要意义。从这类桥梁的使用情况上看，或多或少都存在跨中下挠过大的情况，这种现象的产生对桥梁行车舒适度具有一定影响，严重情况下，甚至会诱发安全隐患。通过研究大跨连续刚构桥梁过度下挠问题，有利于将现阶段桥梁存在的问题尽早解决，且能够为未来桥梁建设提供依据。预应力混凝土连续刚构桥是上部为墩梁、桥梁间采用固结的一种桥梁体系，该桥梁体系的应用能够促使桥墩柔性作用充分发挥，对桥梁纵向变形起到分担功能，该体系在大跨度高桥墩连续梁桥中非常适用。从连续钢构桥结构上看，大多属于次超静定体系，桥梁内力会受到墩台不均匀、徐变、混凝土收缩等因素的影响，不过这种桥梁也具有很多优势，例如桥型简洁、结构受力合理、抗扭转力良好、抗震性能佳、整体性好等。按照构造的不同，可将其分为跨中设铰、主跨跨中连续两种类型。就这类桥梁梁墩固节点而言，大多选取于大跨度桥墩链接点部位，桥梁墩身设置非常高。近几年，在桥梁施工中，连续钢构桥梁的应用较多。

1.大跨连续钢构桥梁的特征

同其他桥梁类型相比，连续梁桥具有较多的优势，梁体、连续钢构桥与基础会形成一个整体，并且能够共同受力，促使桥梁整体性增强。桥墩高度、墩身等因素会对桥梁整体受力状况产生一定影响，因此，在设计连续钢构桥时，调节空间会更大，可将连续梁、T形钢构的优势充分展现出来。从连续钢构桥梁的特点上看，主要表现在以下几个方面：

（1）连续刚构桥梁体、主墩间的结构形式一般为墩梁固结形式，桥墩固结后，需要一定柔度对水平位移进行分担，为此，若桥梁结构墩身高、跨径大，则需选用连续钢构形式。

（2）就受力情况而言，墩梁固结不会对连续梁受力性质产生太大影响，且会对上部受力起到分担作用，减小梁体所受弯矩。桥墩柔性可以使框架结构性质得以保持，还能够分担因温度变化、徐变、收缩、水平力所诱发的水平位移，促使大跨度桥梁受力需求得以满足，再加上桥墩拥有良好的柔度，有利于降低梁体所受弯矩。

（3）在刚构桥中，墩梁固结形式的应用为悬臂施工提供了有利条件，无需利用大型支座，可使养护成本得以节约，同时有利于将难以控制悬臂施工平衡的问题解决。

（4）若边跨相对刚度大、桥墩偏矮，为了使上部结构位移需求得以满足，必须对柔性基础进行设置，或者将支座设置在墩顶。

（5）设置伸缩缝时，需选取桥梁两侧桥台部位设置伸缩缝，另外，也可选取长桥铰接部位进行设置，这种设置方式能够使施工更加方便，确保桥梁平稳性，同时能够确保桥梁伸缩性能。

（6）墩梁固结性质能够有效增强顺桥、横桥的抗弯能力与抗扭能力。 连续刚构桥具有较多的优势，它是一种非常先进的桥型，目前应用比较广泛，不过这类桥型也存在一定的适应条件，在设计时，要充分考虑到桥墩柔度，在分孔少、桥墩高、跨径大的桥梁中适用。

2.大跨连续钢构桥梁过度下挠产生的影响因素与控制技术措施 在大跨连续钢构桥梁中，最突出的问题表现就是梁体下挠过度，致使底板横向裂纹、顶板横向裂纹、腹板斜向裂纹的形成，通过相互影响，导致裂纹加剧，形成一种恶性循环。在这种状态下，梁体会出现开裂现象，桥梁整体刚度会被削弱，对桥梁结构的耐久性、安全性会产生一定影响。

2.1 大跨连续钢构桥梁过度下挠产生的影响因素

（1）受到收缩徐变的影响。最早认为，在成桥3个月内，混凝土收缩徐变变形发展速度会非常快，基本于3年内完成，这种认知与已建成刚构桥现状相较存在一定差异性。近几年，人们对混凝土收缩徐变机理、特征有着更加深入的研究，通过研究了解到，收缩徐变过程需要较长的时间，在设计时，设计人员要将其长期性特征纳入考虑范围内。

（2）受到预应力度、本构特征的影响。如果连续刚构桥跨度超过160m，恒载作用比例超过90%，若跨度超过20Om，则恒载作用比例会超过95%。因梁体横截面非常有限，导致可被配置预应力数量也受到了一定限制，也就是指预应力度有限。预应力效应无法使恒载弯曲效应处于平衡状态，在处于成桥状态过程中，梁体会获取过大初始弯曲效应，为梁体下挠的形成提供了条件。

（3）受养护、混凝土密实度、配合比因素的影响

与混凝土强度增长相比，早期弹性模量增长速度相对较慢，然而连续钢构桥施工工期并不长，节段混凝土浇筑工作完成后，一般养护3至5天后，就需施加预应力，尽管施加预应力在强度上能够符合要求，但是会降低弹性模量，会增强收缩徐变变形。

如果混凝土水灰比例太大，则其微观构造会变得更加疏松，增加徐变值，在施工期间，为了使长距离泵送施工与运输工作变得更加方便，通常选用较大比例水灰，对大跨连续刚构桥梁的施工具有影响。除此之外，有效的养护可确保水泥水化程度，增加凝胶体密实度，在施工过程中，因高空作业难度较大，导致养护、振捣工作不充分，正因受到上述不利因素的影响，无法保证混凝土质量，在收缩徐变作用下，导致桥梁梁体下挠加剧。

2.2 控制大跨连续钢构桥梁过度下挠的技术措施

（1）选用钢混组合结构形式

桥梁梁体下挠的前提条件就是因恒载比例太大，导致成桥初始弯矩太大，为此，必须采取措施，促使结构自重降低。从轻质混凝土的使用情况上看，我国可以使用轻质骨料，不过其弹性模量要求难以满足，如果从北美进口材料，则会增加桥梁整体造价。为了使经济上、技术上均能够满足，可将结构体系作为突破点，采用钢混组合结构，选取跨中部分长度，将以往的混凝土梁利用钢箱梁代替，钢箱梁具有轻质高强的特征，应用效果更好。在确定钢箱梁长度时，要将降低实施难度、技术难度纳入考虑范围内，同时还需考虑造价因素。

（2）设计预应力配束

在实际的桥梁工程施工中，因梁体横截面有限，导致可被配置预应力数量非常有限，无法满足零弯矩需求。在工程设计阶段，设计人员必须使这种理想状态尽量达到，在布置主拉应力区域预应力束时，复线桥竖向预应力束在主拉应力相对较高梁段选用二次张拉的钢绞线束，有利于使短束预应力损失减少。主拉应力、下弯束应力两者的方向接近，为了能够对主拉应力进行更好的控制，在布置过程中，需将梁高三分之二以上区域覆盖，是有效作用区域得以扩大。

（3）体外索的控制手段

体外索控制手段由体外索的设置决定，体外索主动控制具有多种功能，其一，可使梁体预应力度增加，促使梁体受力得以优化；其二，钢箱梁体系转换完成后，可通过张拉体外索，对梁体下挠、内力进行主动控制；其三，梁体下挠达到一定程度之后，可通过体外索再次张拉，达到平衡的目的，对梁体过度下挠进行控制。

体外索主动控制的设计要求设计人员将设置目的明确，了解体外索作用，同时要综合考虑到体内预应力与布置数量，对可调节型构造进行更换，根据实施顺序，确定是否需要根据批次实施，明确张拉应力值与张拉时机。

3.结语

总之，大跨连续钢构桥梁是现阶段应用非常广泛的一种桥型，在施工过程中，不仅需要施工单位进行合理的组织与施工，而且要确保混凝土养护时间充足。施工人员要确保混凝土水灰比例符合要求，强化对混凝土的养护、振捣操作。在结构选择上，可选用钢混组合结构形式，促使预应力效应增加，将结构自重减轻，通过采取有效的措施，有利于对大跨连续钢构桥梁过度下挠现象进行合理控制，保证桥梁施工质量。endprint