连续刚构桥主梁下扰的影响因素分析及处治研究

李典豪 沈兆坤

（1、贵州高速公路集团有限公司， 贵州 贵阳 550000）

连续刚构桥梁以其跨越能力大、施工及养护方便等优点在我国的山区高速公路及沿海的跨海大桥中得到广泛应用。但是近年来在实际的运营养护过程中发现，国内外许多大跨连续刚构桥均存在跨中下挠过大的病害。

混凝土的收缩徐变、预应力筋的预应力损失和桥梁的施工质量是导致刚构桥梁下挠的主要原因。

1 收缩徐变对刚构桥梁下挠的影响

徐变之所以能够影响后期挠度，是因为施工合龙前，结构体系内存在不平衡的弯矩，即预应力弯矩不能完全与自重弯矩平衡，在截面产生转角。合龙后，徐变沿着转角继续产生挠度。影响混凝土徐变的因素很多，归纳起来可分为内部和外部因素两部分。内部因素主要是指混凝土的组成材料及其性质、配合比； 外部因素则是指加载龄期、持荷时间、环境因素( 相对湿度和温度) 、结构尺寸效应等。

1.1 加载龄期对下挠的影响

加载龄期对混凝土的徐变有较大的影响，加载龄期越短，混凝土的徐变越大。大跨度连续刚构桥一般采用悬臂浇注法施工，每个节段施工的时间大概为10 d，混凝土的加载龄期一般为7 d。而实际施工过程中，施工单位常因赶工期而在混凝土中掺加早强剂，气温较高时甚至2～3 d 混凝土达到强度后便张拉预应力。但是早强剂虽提高了混凝土的早期强度，但对早期的弹性模量影响不大，这样预应力张拉时，混凝土的弹性模量偏低，从而导致混凝土后期的徐变变形增大。

1.2 相对湿度对下挠的影响

环境相对湿度对混凝土的徐变变形也有较大的影响，环境相对湿度越大，蒸发量愈小，水泥的水化程度愈高，水泥凝胶体的密度也愈大，混凝土徐变越小，且相对湿度对加载早期的徐变影响更大。

2 预应力损伤对刚构桥梁下挠的影响

引起预应力损失的原因很多，包括施工工艺、材料性能等，一般应根据试验数据确定，如果没有可靠的试验数据，则可根据规范进行计算。预应力钢筋的有效预应力是将锚下控制应力，扣除相应阶段的应力损失后，在预应力钢束中实际存在的预拉应力值。有效预应力具有时间相关性，有实测结果表明，8年内预应力的长期损失可达到成桥时的有效预应力的16%。

在实际工程中，发现张拉后梁体的有效预应力与理论设计值之间存在较大的差异，这主要是灌浆质量不满足要求造成的。由于当前国内的施工技术水平有限，在旧桥的拆除过程中经常发现预应力孔道的压浆达不到要求，孔道中存在空隙及浆体离析现象，甚至有些地方还存在积水。在这种情况下的钢绞线很发生锈蚀破坏，而钢束的有效预应力也发生较大幅度的降低。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥在悬臂施工过程中的荷载由顶板预应力束和腹板预应力束承担，而在成桥阶段和运营阶段出现的正弯矩则由底板预应力束承担，所以如果顶板、腹板预应力束和底板预应力束存在部分失效的话，将对整个结构的内力、挠度产生较大的影响。

3 超重对刚构桥梁下挠的影响

由于现场施工中结构尺寸、铺装层厚度控制不准，混凝土容重具有离散性，所以箱梁容易出现超重的现象。如果超重控制在一定的范围内，不会对结构的挠度产生太大的影响，但是由于在实际中关于箱梁超重缺乏有指导价值的统计资料，设计中无法准确考虑超重对结构挠度的影响。

4 刚构桥梁跨中下挠加固处治实例

贵州某大桥主桥为桥跨布置120m+4×225m+120m的预应力混凝土连续刚构桥， 上部结构为单箱单室的预应力混凝土箱梁，单幅桥面宽12m，桥墩均为双肢薄壁墩。

2014年10月份进行了定期检查，据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011），此桥的全桥技术状况评定结果为3类，表示该桥处于“有中等缺损，尚能维持正常使用功能”。另外主桥的主要病害为主跨跨中明显下挠。根据2014年10月测量结果与竣工测量（2008年2月）、竣工一年后（2009年3月）的标高比较，结果表明：2014年10月份测量时主桥左右幅四个主跨跨中与竣工时相比，均发生了明显的下挠。左幅跨中下挠量最大达到35cm，平均年下挠5cm/年。右幅跨中下挠量最大达到约28cm，平均年下挠4cm/年。从上可知，此桥面临着跨中挠度下挠过快的问题。

跨径220～270m的混凝土梁桥跨中年平均下挠2～3cm，对比之下，此桥下挠速度明显过快。针对主梁跨中的过快下挠，提出了增设箱梁内体外预应力的主动加固方案。

根据桥梁资料以及病害情况，以及以往对该类桥梁的分析和总结经验，大跨度预应力混凝土梁桥可能存在预应力损失比规范理论值偏大的情况，结合上次定检发现底板混凝土超厚的现象，对大桥进行了桥梁有限元建模，考虑10%预应力损失+10%混凝土超方。

增设体外预应力钢束采用фj15.2－25钢束，张拉控制应力为0.6fpk =1116MPa。体外预应力钢束为无粘结PE高强低松弛镀锌钢绞线制成。每个截面布置6根体外束，其中2根为预留束。体外束通过转向块由跨中底部转到墩顶上部并交叉锚固在墩顶横隔板处，箱梁两端采用设置锚固齿板分散锚固。

经过上述加固处治后，中跨跨中标高上挠11cm，次边跨跨中标高上挠达到7～8cm，由此可见，此次加固效果显著。

5 结论

（1）混凝土徐变的估计不足是大跨预应力连续刚构桥主梁长期下挠严重的主要因素之一；纵向预应力的损失量与下挠的增加量基本上成线性关系；同时超重也是刚构桥梁下挠的重要因素。

（2）对于已下挠的连续刚构桥梁，增加体外预应力是最有效的一种方式，通过实例分析，增加体外预应力可以能解决连续刚构桥下挠的问题。

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