连续刚构桥长期下挠成因分析

大跨度预应力连续刚构跨中下挠的影响因素

摘要：大跨度连续刚构桥由于施工简便、跨越能力强、既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构不设支座、不需体系转换的优点，并且造价经济等优点，所以从1988年成功修建的洛溪大桥以来，我国修建了大量该类型的桥，但是在使用的过程中，一些问题也逐渐凸显出来，普遍存在跨中持续下挠的问题。本文将针对影响大跨度预应力连续刚构跨中下挠的因素进行分析。

关键词：连续刚构桥；跨中下挠；影响因素；

第一章绪论

1.1 大跨梁桥的发展概况

随着社会的需要和悬臂施工技术的日益成熟，桥梁的跨径在不断加大，越来越多的桥梁拥有跨越大江大河的能力。大跨连续刚构桥属于墩梁固结体系，主梁和桥墩之间不需要设置大吨位的支座，同时节省了支座维修、养护等高额的费用。连续刚构的桥墩多采用双薄壁墩，利用墩的柔度来适应，由预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化等引起的纵向位移，使结构内力减小，结构的安全度增加，因此连续刚构在大跨高墩领域有很强的竞争力。连续刚构不同于连续梁桥，连续梁桥需要利用大量收缩缝来平衡主梁的收缩变形，而连续刚构只需要在两端桥台处设置伸缩缝，可以使行车更加平顺。

世界上第一座自架设体系的预应力混凝土刚构桥，是前联邦德国于1953年建成的沃尔姆斯大桥，跨度是101.65m+114.2m+104.2m的带铰T型刚构。沃尔姆斯大桥施工过程中采用了悬臂施工的新工艺，悬臂施工的最大优点是施工时可不设支架。

我国建造的第一座预应力混凝土连续刚构桥，是1988年广东省洛溪桥，跨度是65m+125m+180m+110m，桥宽15.5m，跨中梁高为3m，墩顶梁高为10m。桥墩采用双薄壁墩，高29m。主梁施工采用悬臂施工，65m和110m两边跨先合

拢，然后是两中跨合拢。

预应力刚构桥的发展一般可分作两个阶段，即早期(20世纪50年代初至60年代中)与现代时期(20世纪70年代以来)。早期有代表性的桥梁是西德的科布伦茨桥、莫塞尔桥、本道夫桥和英国的麦德威桥等。现代时期有代表性的桥梁是日本的滨名大桥、浦户大桥等。在施工方法上，预应力刚构桥多采用悬臂浇筑法施工，用两套挂篮分段浇筑，从墩项向两侧平行推进，墩顶段采用现浇。后来发展到悬臂拼装，或部分预制部分现浇。目前，在世界各地预应力刚构桥的施工中仍采用以上方法。

1.2 大跨预应力连续刚构长期挠度的问题

近些年来，大量的桥梁出现跨中持续下挠的现象。比如说于1955年建成通车的跨径162.5m+3x240m+162.5m的黄石大桥通车7年，跨中最大下挠达30.5cm；于1997 年建成通车的跨径150m+270m+160m的虎门大桥航道大桥通车6年，跨中下挠22.2cm；于1992 年建成通车的跨径为105+4×140+105m的三门峡黄河公路大桥，至2002年跨中下挠最大达到22cm。跨中的持续下挠不仅影响行车的舒适性，另外梁体会出现大量裂缝，最终导致桥梁的耐久性问题。国内外一些大跨连续刚构如下表所示：

序号桥名建成年跨径备注

1 虎门大桥辅航道桥1997 150+270+150 桥在R=7000m平曲线上，

2 苏通长江大桥辅桥2006 140+268+140

3 云南元江大桥2003 58+182+265+194+70 桥高163m

4 宁德下白石大桥2003 145+2×260+14

5 梁底用1.6次抛物线

5 泸州长江二桥2002 150+252+55 边跨重力式锚碇桥台，C60

6 重庆黄花园大桥1999 137+3×250+13

7 连续长度1024m

7 马鞍石嘉陵江大桥2001 146+3×250+146 双幅，连续长度1042m

8 宜水路金沙江大桥2005 140+249+140 混凝土C65

9 黄石长江大桥1995 162.5+3×245+162.5 连续长度1060m，混凝土

C55

10 江津长江大桥1997 140+240+140 混凝土C50

11 重庆嘉陵江大桥1997 140+240+140

12 重庆龙溪河大桥1999 140+240+140

13 贵州六广河大桥2002 145+240+145 桥墩高73m和90m

从一些实测的记录总结出国内不同跨径桥梁跨中下挠的平均下挠速率。

跨径(m) 年平均下挠（cm/年）

100～160 0.5～1

160～220 1～2

220～270 2～3

因此研究跨中下挠的影响因素刻不容缓。

1.2 本文的研究重点

本文中将阐述，不同预应力钢束损失对连续刚构下挠的影响分析，提出针对减少下挠的钢束配置方案。目前在解决下挠方面有一些学者主张采用“零弯矩法”，在第三章解决下挠的一些措施中，也将介绍在施工过程中如何通过“零弯矩法”来减少下挠的危害。

第二章预应力对大跨预应力连续刚构跨中下挠的影响分析2.1 概述

在连续刚构中预应力提供抗力，预应力损失导致有效预应力减小，当达到一定程度时，桥梁下挠。预应力损失的原因：前期主要是锚具变形、预应力钢筋与管道壁间摩擦等引起的预应力损失；后期主要是预应力钢筋的松弛、混凝土收缩和徐变等引起的预应力损失。在文献【】针对预应力钢筋与管道壁的摩擦系数μ

与管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k对预应力损失的影响进行了分析。得出结论：当μ和k取值增大时，钢束预应力损失增大，主梁下挠增大。

在连续刚构桥的施工中，通过悬臂的预应力钢绞线的张拉力来平衡箱梁本身自重和施工荷载的作用，从而使主梁混凝土不出现拉应力或出现较小的拉应力但不至于开裂。从桥梁的施工到后期运营全部荷载产生的下挠全由预应力产生的反拱来削弱。但是预应力损失使结构的抗力减小，加大了跨中的下挠，影响桥梁的后期运营，甚至影响桥梁的施工。

在文献【】中介绍了，基于2004《规范》计算结果基础上增加5% ～30%，得出结论：成桥10年，预应力损失每增大10%，挠度会增加0.7～0.8cm；成桥30年，预应力的损失每增加10%，挠度会增加0.8～0.9cm，增幅趋于平稳。所以跨中长期挠度随着预应力损失的增加而增大。可见预应力的损失对于长期下挠