大跨径预应力混凝土箱梁开裂与下挠探讨
大跨径预应力混凝土薄壁箱梁桥施工早期裂缝的控制技术初步研究
制， 对于混凝土薄壁箱梁尤为如此。大跨径预应力混凝土薄壁箱梁桥所采 用的高强混凝土 ， 其
原材料选择、 混凝土配比、 ｒｇ养护工艺理应有其独特要 求， 施＿， －ｔ ． 但迄今 国 内相关的设计 与施工 规范对此并未引起注意， 结合 高强混凝土薄壁箱梁的特征提 出大跨 径预应力混凝土箱梁桥施
公路 ｋ２ ７０桂 平郁 江特大 桥桥 型 结构 为 ：１ １４＋ ７ ２×
３ Ｔ梁 ＋（ ８＋ ６ ８ ） ＋１ ０ｍ ８ ２ｘ１ ０＋ ８ ｍ ８×３ Ｔ梁 ， ０ｍ
用 ， 由于其混凝土收缩 、 但 徐变 、 温湿度变化 ， 预应力 损失 ， 原材料及混凝土施工质量等影响， 容易引起箱 梁混凝土开裂。按照全预应力设计的要 求 ， 箱梁结 构不允许带裂缝工作 ， 裂缝的 出现不仅对结构的耐 久性 和使 用寿命 带 来 严 重损 害 ， 而且 对 结 构 的 整体 安全性带来严重隐患。
另外 ， 为减 小水 泥用 量 ， 可在 箱梁 混凝 土 中掺 人 一定
１２ 优化 配合 比 ．
．
对于强 度较 高 的混凝 土 （ 般对 于强 度 等 级 大 一
２ ）依据《 公路桥涵施 工技术规范》 ＪＪ ４ — （Ｔ １ ０ ２０ ） 的要求 ， ００ 严格 控制粗 骨料 的含 泥量 ， 有机
年在 巴 黎召开 了 “ 期 混凝 土” 早 会议 ；１９ ９４年 在 德
国慕尼黑召开 了“ 混凝土早 期热裂缝” 国际会议 ； ２０ ０ １年在 以色 列召 开 了 “ 凝 系统 的 早期 开裂 ” 胶 会 议。 本文结合广西 自治区贵港市桂平郁江特大桥连 续梁 桥施 工 的实际情 况来 加 以论述 大跨预应 力混 凝 土箱梁桥施工质量控制措施。广西梧州至贵港高速
大跨径预应力混凝土连续梁桥下挠分析
连 续箱 梁桥结 构具 有变形 小 、 刚度好 、 行 车平顺
（ １ ） 道路 等级 ： 城市 主干路 。
舒适 、 伸缩缝少 、 抗震能力 强等优点。 目前在 ４ ０～
１ ５ ０ ｍ跨度 范 围 内 ， 无 论是 城市 桥梁 、 公 路 桥梁 ， 还 是
（ ２ ） 桥梁设计安全等级 ： 一级。 （ ３ ） 设计 车 速 ： ６ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。
＝
混凝土梁式桥梁 出现病害的报告数量在持续增长 ， 其 中梁体跨 中部位的持续下挠现象受到了工程人员
的广 泛关 注 。 １ 工 程简 介
４ ０ｍ
（ ５ ） 桥 面最 大纵坡 度 ： ２ ％。 （ ６ ） 桥 梁设 计荷 载 ： 城 一Ａ级 汽 车 荷 载 ； 人 群荷
载３ ． ５ ｋ Ｎ ／ ｍ 。
— Ｌ １
（ ７）设 计 洪 水 频 率 ： １ ／ ３ ０ ０ ， 设 计 洪 水 位，
５ ０． ４ ５ｍ 。
（ ８ ） 地震 基本 烈度 ： ７度 。
（ ９ ） 通航标准 ： 内河 ５ 级航道。
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一 。 ｒ
ｒ Ｊ 上 １ 一
１ １６
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本文 工 程 背 景 为一 座 五 跨 （ ４ ７ ｍ ＋８ ０ ｍ ＋１ １ ６ ｍ ＋ ８ ０ ｍ＋ ４ ７ ｍ＝３ ７ ０ ｍ） 预应 力 混凝 土连 续箱 梁桥 （ 见 图１ ） ， 该 桥 桥 面全 宽 ４ ０ ｍ， 跨 越 河 流 。该 桥 的 主要 设计 标准 如下 ：
『
因素 。针对这些影响 因素 ， 提 出了在设计过程 中的相应处理措施。
关键词 ： 连 续 梁桥 ； 下挠 ； 徐 变
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ３ ５
浅析预应力混凝土箱梁裂缝成因
．
一
２９ ８—
科 应力混凝 土箱 梁裂缝成 因
燕 锐
（ 尔滨 市第 六 建 筑 工程 公 司， 江 哈 尔滨 １０ ０ ） 哈 黑龙 ５００
摘 要： 随着混凝土箱 梁结构在桥梁设计 中的不断推广和应 用， 该桥型在施工和使 用过程 中已出现 了 多裂缝 ， 许 本文通过阅读 大量的文献和资 料。 总结 了混凝土葙 梁裂缝产 生的原 因。 关键词： 预应力 ； 混凝土箱粱 ； 裂缝 １ 使用混凝土箱梁的优点 效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不 而桥面板温度急剧升高 ， 靠近水面的底板温度 两者形成温度梯度。 对于 目 前普遍 采用 的 在 已建成 的大跨度 预应力 混凝土梁桥 中， 足或计算值安全储备较 低，在一些特殊 荷载工 较 低 ， 当跨度超 过 ４ ｍ后 ，横 截面大 多采用箱 形截 况下容易发生应力 过度集 中，腹板处翼缘应力 大跨度 、 ０ 变截面箱梁 ， 随着截面高度变化 幅度的 波峰超过允许值 ，因而首先在该处 发生横 向裂 增加及箱粱长度和支撵约束的增 加，温度梯度 面。其主要优点是 ： ａ ． 箱形截面是 一种闭 口薄壁截 面， 抗扭 缝。在多年 反复荷载 的作用下 ， 其 裂缝横 向发展 ， 应力沿梁长方向变化较快 ，对于气温变化较为 以至于形成横 向通缝。 对于 强烈的地区 ，由于顶板翼缘受外界温度影响较 剐度大 ， 截面效率指标较 Ｔ 形截 面高 ， 结构在施 向翼缘板 中部扩展 ， 工 和使用过程 中都具有 良好 的稳定性 。ｂ ． 顶板 薄壁箱梁桥 的翼缘板横 向裂缝 ， 病害原 因多归 大 ， 随外界气温变化波动较为明显 ， 导致腹板拉 混凝土徐变引起 横向裂缝 ， 在长期 压应力交替频繁 ，在应力幅度变化较大的区域 和底板面积较大 ， 能有效地承担正负弯矩 ， 能 于此 。其次 ， 并 满足配筋的需要 ， 适应具有正负弯矩的结构 ， 也 荷 载作用下 ，受混凝土徐变影响 ，箱梁在运营 也容易出现斜裂缝 。 同时 ， 腹板抗剪强度设计值 更适应 于主要承受 负弯矩的悬 臂梁 、 Ｔ形刚构 ６ ７ — 年后跨中均有不同程度 的下挠现象。 较大 不足也会造成腹板斜裂缝 的出现 。设计 薄壁箱 等桥型。 适应现代化施工方法 的要求 。 承 重 的形变引起箱梁应力重分 布，给结构带来 附加 梁的首要 目的是减轻结构 自 ，降低材料使用 厶 ｄ 重 由于结构所受到的外荷载不变 ， 各截 量 ， 以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。 结构和传力结构相结合 ， 使各部件共 同受力 ， 截 被动应力。 所 箱梁腹 面效率 高并适合 预应力 混凝 土结 构的空 间布 面应力增加 是由附加弯矩不断变化 引起 的 ， 附 板面积与抗剪承载力有密切的关 系，而薄壁箱 束， 因此具有较好的经济性 。ｅ 于宽桥 ， ． 对 由于 加弯矩随时间不 断增加 ，直到混凝土徐变停滞 梁腹板面积与普通箱梁相 比是小得 多得 ，在无 抗扭 刚度大 ， 内力分布比较均匀 ， 中无需设置 为 止 。 跨 预应力作用 情况下 ，腹板依靠提高腹板的箍筋 横隔板就能获得满意的荷 载横向分布 。适合于 ￡ 同时， 预应力松弛也会引起横向裂缝 ， 对于 配筋率 和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力 。 修建 曲线桥 ， 有较 大的适应性 。 － 并具 ｇ 能很好适 预应力混凝土结构 ，箱梁内部预应力对结构应 但是在腹板厚度有限的条件下，其提高值亦是 应布置管线等设施 。 在设 计上 ， 箱形截面可极大 力状 态有较大的影响 ，随着桥梁运营时间的增 有 限的。 所以 ， 壁箱梁腹板抗剪能力相对于普 薄 地发挥预应力 地效用 。可提供很大地混凝 土面 长 ，预应力钢束发生松弛效应 ，并且越来越 明 通 混凝土箱梁较小 ， 斜裂缝容易发生。 积用于预应 力柬地通过 ，更关键地是可提供较 显 。 在现代施工 中一般采用低松 弛钢绞线材料 ， ３结论 大地截面高度 ，使预应力束有较 大的力臂 。因 并且规范张拉工艺 ，但在具体操作中难免会 出 预应力箱梁在正常使用极限状态下不应该 此， 桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点 ， 顶 现与规范不相吻合 的情况 ，力筋长期持荷加之 出现梁体裂缝 ， 但是 已建预应力混凝土箱梁桥 底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合 的空间 曲 混凝土收缩 徐变影 响，预应力损失也是相 当严 上 的开裂情况却非 常普遍 ，因此我对预应力混 线 ， 中锚 固在腹板顶部的承托 中（ 集 或锚固在腹 重的。同时，选用钢筋不合理也会引起横 向裂 凝土箱梁桥典 型裂缝成因进行了系统总结 。 望 板中）底板钢束尽可能靠 近腹板加厚板（ 。 齿板 ） 缝 ， 对于普通钢筋混凝土箱梁 ， 钢筋与混凝土的 能为混凝土箱梁 的设计和施工起到一定的参考 并在其上锚固。 粘结力对结构 的整体刚度和裂缝 的扩展有较大 价值。 ２ 预应力连续箱梁裂缝的产因 的影 响。 我们应该选用表面不光滑、 化学吸附作 参考文献 预应力连续箱梁的裂缝类型主要有 ： 边跨 用和握裹力都较强的预应力 钢筋 。 【１ １范立 础 ， 邦 安 ． 梁工 程 （ 册 ） ． 京： 民 顾 桥 上 ［ 北 人 Ｍ】 斜裂缝 ， 边跨水 平裂缝 ， 中跨斜裂缝 ， 中跨水平 ２ 腹板 斜裂缝 一般发 生在支 点至 １ 跨 交通 出版 社 ．０ ４ ． ２ ／ ４ ２０ ． 裂缝 ， 边跨 的水 平裂缝 、 斜裂缝 同时发生 ， 中跨 之 间 。 于 预 应 力 和 非 预 应力 箱 梁 ， 施工 阶段 『１ 海帆． 对 在 ２项 高等桥 梁结构理论ｆ ． Ｍ】 北京： 民交 人 的水平裂缝 、 斜裂 缝同时发生 ， 底板 、 顶板纵 向 以及在运营阶段 ， 腹板经常出现斜裂缝 ， 斜裂缝 通 出版 社 ． ０ ． ２ １ ０ 裂缝 ， 底板 、 顶板 横向裂缝 、 箱梁横 隔板的放射 同样有多种 因素引起 ， 有设计计算、 设计构造配 ｆ１ ３杨文化 ． 预应力 混凝 土连续箱梁桥腹板 抗裂 性裂缝 ， 预应力锚圊部位齿板 附近裂缝。 筋 、 工工艺 、 施 气候 条件 、 日常维护 、 荷载 工况 性研究『１ Ｄ． 长沙： 湖南大学，９ ９ １９ ． 预应 力混凝 土连续箱 梁裂缝 从成 因角度 等。部分因素在导致翼缘板出现横 向裂缝的同 『１ 性 凯 ． 州 华 南 大桥 箱 粱 裂 缝 的 初 步 分 析 ４陈 广 可分为 ： 由荷载效应 （ 弯矩 、 如 剪力 、 扭矩及 拉力 时也是腹板斜裂缝的主要原因， 首先 ， 预应 力损 中 国市 政 工 程 ， ９ ， ） ７ ２ ． １ ７（ ： － ９ ９ ３２ 等）引起的裂缝 、由４ ／ 变形或约束引起 的裂 失过大导致腹板主拉应力过 大，由于纵向预应 【１ ，Ｊ １￣ ， ５李少波． 混凝土桥梁上部 结构裂缝综述ｍ． 铁 缝， 主要包 括 ” 岩效应 ”地 基不均匀 沉降 、 力损失 的存在 ，部分预应力损失超过设计计算 道勘 测与设计，９ ８（） － ｏ 基 、 １９ ， ： １． １６ 混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂 值导致截面抗弯承载力严重下降 ，从而产生翼 ｆ１ ６蔡斌． 续箱梁裂缝 问题探讨『 ． 肥工业 大 连 Ｊ合 １ 缝、 预加力 次效应 引起的裂缝、 建材原 因引起 的 缘板横 向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结 学学报（ 自然科 学版） ０ ４ ７９：１７ １ ｌ． ， ０ ， ，） ０— ｌ１ ２ ２（ １ 裂缝。 构 ，预应力损失也是腹板斜裂缝 的主要病害原 根据裂缝产 生部位 的不 同我们可 将其 分 因，预应力损失量估计不足或者在实 际张拉过 为： 翼缘板横 向裂缝和腹板斜裂缝两种。 程中操作不 当引起应力损失量加大等情况经常 ２１ ． 翼缘板横 向裂缝一般发 生在 箱粱受纵 发生 ， 导致力筋的有效预应力达不到设计要求 ， 向弯矩较大处的受拉翼缘板处 ，横向裂缝一般 从而腹板因主拉应力超 过容许值而发生 开裂。 均发生在跨中底板翼缘 。 于连续箱粱 ， 对 横向裂 竖向预应 力钢筋较短 ，张拉后少量的回缩即可 缝还发生在支座负弯矩处 的顶板翼缘 ，并且 大 产生较大 的预应力损失 ，分批张拉产生的弹性 部分出现在距支点 ｌ 跨径范 围以内，越靠近 压缩可 以使预应力损失达 １ ％， ／ ３ １ 如果有超 张拉 支点裂缝越严重 ， 对于该类型裂缝 ， 主要有 以下 情况 ， 其损失率更 大。悬臂对称施工时， 挂篮 一 原 因引起 ， ， 首先 设计时翼缘板有 效分布宽度考 般后锚于竖向预应力螺纹钢上 ，在施 工荷载 的 虑不足 ， 薄壁箱梁翼缘板有效分 布宽度 问题实 作用下 ， 预应 力损失也 比较大。其次， 温度梯度 际上就是剪力滞问题 ，由于理论计算剪力滞效 过大会 导致腹板剪切应力过大 ，从而产生腹板 应较为繁琐 ， 不适于工程应用 ， 国普遍采用有 斜 裂缝 。在 阳光 充 足 的 地 区 ， 阳直 射 桥 面 ． 各 太 因
“ 桥梁跨中下挠问题”
序言20世纪90年代以来，预应力砼连续梁桥和连续刚构桥在我国发展迅速，形势喜人。
据不完全统计，目前我国已建成和在建跨径在200m以上的连续刚构桥近20余座，跨径在100m～200m之间的连续梁桥和刚构桥100余座。
表1所列的世界L≥240m的特大跨径连续梁桥中，中国占有了很大的比例。
因此认真总结这些工程实践的经验，针对目前大跨梁桥普遍存在的“腹板开裂”、“跨中下挠”和“非荷载裂缝增长”等质量问题进行深入的研究，力求从源头上寻找相关问题的有效解决方法是当务之急。
本文以苏通长江大桥268m辅航道桥为例，从分析大跨梁桥施工过程中初始状态对砼徐变的影响出发，提出“两个图式的恒载零弯矩”、“临时斜拉索合拢”和“合拢后箱梁预压重”等新的措施替代无效的“挠度预抬高法”。
希望引起同行们的争鸣。
§1 桥面线形控制的新要求(一)问题的提出1、历史的回顾：自1995年建成1060m一联、主跨245m的黄石长江大桥以来，国内很多大跨径梁桥在预计通车三年后（1000天），跨中仍然出现持续下挠的现象。
如表1中所示14＃桥跨中下挠已达32cm，3＃桥跨中下挠已达20cm。
据不完全统计分析，徐变下挠的年平均速率（f）与跨径L有关，如：L＝100～160m f=0.5～1（cm/年）L＝100～220m f=1～2（cm/年）L＝220～270m f=2～3（cm/年）应当指出，全国大跨径梁桥普遍出现持续下挠而且时间长达十年仍未稳定的严峻事实，值得中国桥梁工程师的认真反思。
在设计规范关于砼收缩徐变对下挠的影响程度及其长期性的估计严重不足而尚未修改的情况下，在特大跨径中仍继续沿用“挠度预抬高法”是到了该终止的时候。
表1 世界预应力砼连续刚构桥(L≥240m)一览表22、苏通大桥辅桥连续刚构的特点：对于跨中设在双坡竖曲线范围内的大跨连续梁桥，其跨中下挠只相当于增大竖曲线的半径R而已，在外观上不会出现突变。
但苏通大桥辅航道桥处于1.5％的单坡上，如果跨中在建造时产生过大的抬高、运营后又发生过大的下挠，两者都将破坏全桥线型的平顺，影响高速行车的舒适性。
大跨预应力混凝土梁式桥后期下挠原因分析
中图 分 类 号 ： ４ Ｕ４ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ａｎ ｌｓｓ ｏ ｈ ｕ ｅ ｆ ｒ Ｐｏ ｔ Ｄｏ ａｙ ｉ ｆ ｔ ｅ Ｃａ ｓ ｏ ｓ ｗｎ — －ｗａ ｐ ｎ ｆ Ｌａ ｇ ｐ ｎ Ｐｒ ｓｒ ｓｅ ｒ ｉ ｇ ｏ ｒ ｅ Ｓ ａ ｅ ｔｅ ｓ ｄ
研究方法 ： 梁式桥 的刚度人手 阐述挠度的产生机 理。进而分析预应力效应、 从 收缩徐变效应 、 梁体开裂等
因素对后期挠度 的影响 。
研究结论 ： 纵向 、 向预应力 有效性 的不足造成 了后期挠度偏 大和梁体开裂 。而梁体 开裂 大大降低 了梁 竖 体的刚度 ， 致使后 期下挠加剧发展 。
１ 现 状 综 述
预应力混 凝土梁 式桥 是一种 常见 的桥式 。 目前 世
些桥的下挠 已影响到其 自 身能否继续安全可靠服役的 程度 。Ｃ Ｂ 原 国际结 构 混 凝 土协 会 ） 查 了 ２ Ｅ （ 调 ７座跨 度从 ５ ３～１５ｍ 的预应 力混 凝土桥 梁 的变形 。调查 表 ９ 明， 有些桥梁在建造完成 ８～ ０年后挠度仍有明显增 １ 长趋 势 ， 至 有 以相 同 的 变 形 速 度 增 加 的。英 国 的 甚
ｒ ｓ ｌ ｎ ｎ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎｔｏ ｓ ｏ ｅ ｕｔ ｇ ｉ ｅ ｅｏ ｍｅ ｆｐｏ ｔｄ ｗｎ—ｗａ ｐ ｎ ． ｉ ｒ ｉ ｇ Ｋｅ ｒ ：ｌｒ ｅ ｓ ａ ；ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｉｄ ｅ；ｄ ｗ —ｗａ ｉ ｇ；ｃ ｕ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ａｇ ｐ ｎ ｏ ｃ ｅｅ ｂ ａ ｂｒ ｇ ｍ ｏ ｎ ｐ ｒ ｎ ａ ｓ
Ｃｏ ｃ ｅ ｅ Ｂｃ ｍ ｉ ｇ ｎ ｒ ｔ ａ Ｂｒｄ ｅ
Ｍ Ａ ｎ —ｐ ｎ ，Ｗ ＥＩＪ ｎ ，ＧＡＯ ｎ Ｒｕ ｉｇ ｕ Ｚｏ ｇ—ｙ ｕ
大跨径预应力混凝土连续刚构桥长期下挠控制初探
期 加 固养 护 费 用大 幅 增 加 。该 座 跨 海 大 桥 作 为 特
大 型 连续 刚 构 桥 ，如 何 避 免 和控 制 成 桥 后 可 能 发
生 的 的长 期 挠 度过 大 问题 ，已成 为 亟 待 解 决 的 问
题。
２ 大桥长 期挠 度及相关 内力分 析
２ １ 大 桥 长 期挠 度 计 算值 ．
一
。
本 桥按 照 现 行 的计 算 方 法 得 出的 成 桥 后理 论
下 挠 量 （ 对 于 成 桥 ） 不 大 （／ 相 并 ３８跨 １ ０ ａ的相 对
变化量为 １ ７ｅ 。 由于徐变 、 ． ８ ｍ）但 预应力损失等相 关 因素 的 不确 定 性 ，不 能保 证 该 桥 成 桥 后 不 会 发 生 持 续 过 大 的下 挠 。理论 计算 所 得 的原 结 构 随 时 间发 展 的线 形 变化 曲线 （ ／ ） 图 １ １ ２跨 见 。
成 为大 跨 连续 刚构 桥 的世 界 性 通 病 。 由于下 挠 趋 势长 期 得 不 到稳 定 ， 渐 引起 开 裂 等 问题 ， 重影 逐 严 响 大跨 径 预应 力混 凝 土 梁桥 的使 用 安 全 ，导致 后
这 是 大 跨 径 混 凝 土 梁 桥 发 生 长 期 下 挠 的原 因 之
０ ｌ８ ／ Ｉ ４ ／ ３／ ８ １２ ／
。 １ 原 结 构 线 形 时 变 曲线ห้องสมุดไป่ตู้ 圉
一
另外 ， 目前 的挠 度 计算 是 在假 定 预 应 力 损 失 较小 的 情 况 下 得 出 的 ， 预 应 力损 失 扩 大 到 ２ ％ 将 ７
ｋ ｍ，两 者 存 在 弯 矩 差 Ｍ 达 一０ ０ Ｎ・ 从 Ｎ・ １４００ｋ ｍ， 而 带 来 最大 悬 臂状 态 悬 臂 端 部较 大 的初 始 转 角 和
预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠过大成因分析
预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠过大成因分析摘要：预应力混凝土连续梁桥和连续刚构在我国发展迅速，但是随着桥跨的增大，连续刚构桥在使用过程中的问题也凸显出来，其中之一就是随着使用年限的增加，连续刚构的跨中不断下挠，跨中下挠往往与梁体跨中段横向裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，病害十分严重。
本文探讨了造成这一现象的多个原因并提出相关建议，为大跨预应力连续刚构桥的设计和施工提供参考意见。
1.主梁下挠过大成因分析20世纪90年代以来，预应力混凝土连续梁桥和连续刚构在我国发展迅速。
但是随着桥跨的增大，连续刚构桥在使用过程中的问题也凸显出来，其中之一就是随着使用年限的增加，连续刚构的跨中不断下挠，跨中下挠往往与梁体跨中段横向裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，病害十分严重。
从工程实例来看，引起这些现象的主要原因有以下几点：混凝土的收缩徐变影响估计不足－主要原因混凝土徐变是引起梁式桥尤其是大跨梁式桥下挠过大的一个主要原因，大跨径梁桥的恒载内力占总内力的80%、甚至90%以上。
为减小恒载内力，上世纪90年代过分强调结构的轻型化。
由此导致的直接后果是：（1）箱梁的板件越薄，理论厚度就越小，由徐变理论可知，徐变系数就越大；（2）板件薄，混凝土的应力就高，而徐变变形与应力正比。
同时混凝土收缩徐变又是一个十分复杂而又难以精确计算的非线性问题，而对于刚构桥的设计，预测混凝土结构收缩徐变效应的准确性主要依赖于两个方面，即结构中混凝土徐变特性的准确描述和可靠的结构分析：首先对于混凝土徐变特性的描述，国内外众多专家和学者对这一课题已开展了大量的研究工作，并取得了一批重要的成果，但现阶段较为流行的预测混凝土收缩徐变的模型基本上都是建立在试验室数据基础上的经验公式，均需要进行一些修正才能应用于实际结构中的收缩徐变效应计算中。
而现阶段的桥梁设计，一般是在缺乏现场试验资料的情况下进行的，无法对徐变系数进行修正，将会导致混凝土收缩徐变的影响程度及长期性估计不足。
特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析
箱梁腹板裂缝分 为受 力裂 缝和非 受力 裂缝两 类。
箱梁腹板非 受力 裂 缝 产生 的原 因有 混凝 土收 缩 和徐
变、 混凝 土性能不稳定 、 施工质量 等。箱梁腹板受力裂
缝只有 当混凝土 承受 的拉 应力大于混凝 土容许拉应力
时才会发生 ， 主要原 因有 ： 向预 应力有 效性 降低 、 其 竖
圈 １ 主桥桥 跨 布置 示曩 圈（ 位 ： 单 ｍ）
６墩
５墩
４墩
３墩
２墩
Ｉ墩
及荷载增加等因素有关 ； 箱梁产 生裂 缝可 能 与主梁 使
纵向、 竖向预应力 有效性 降低 、 局部 受力 、 混凝 土徐 变 收缩 、 混凝 土性 能 不稳 定 以及施 工 质 量 等 因素有 关 。 对上述 因素 如何进行 定量 分析 ， 以确定 各 种 因素的影 响程度 。 国内外还没有 提 出系统 实用 的方法 。本项 目 的主跨 和连续长度 在 同类 型桥梁 中名 列前 茅 。 结构受 力十分复杂 。 对病 害原因进行 较 准确的 分析是 保证加 固的可靠性和安 全性 的重要 前提 。因此 。 如何 较准确 地对病害原 因进行分析 。 是加 固设计 面临 的首要 问题 。
跨 中持 续 下 挠 的主 要 原 因之 一 。 （ ）荷 载 增 加 。有 关 记 载 资 料 表 明 ， 桥 主桥 桥 ３ 大
面铺装 厚 度 曾有调 整 ， 但增 加 的 荷 载 是一 次性 的 ， 它会
实际观测 的结果显示 ， 与基础年份观测值相 比， 北 岸次边跨跨 中下挠 １ ． ｍ， ３ ４ｃ 中跨 跨 中下挠 已达 １ ． ２９
面上 （ 上游腹板 ２ ２ ， ７ 条 下游艇 板 Ｓ １ ）２ ７条分布 ０ 条 ；３
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大跨径预应力混凝土箱梁开裂与下挠探讨
大跨径连续梁桥和刚构桥的预应力混凝土箱梁，结构刚度大而变形小，同时抗风、抗震能力强，经济，耐久，因此，对跨径在30～350m范围的公路桥，广泛采用箱梁桥方案。
但是，箱梁桥在使用期间，常出现“腹板开裂”和“跨中下挠”等病害问题，且随着时间的延续而不断发展，给桥梁的安全埋下隐患，也给桥梁设计技术人员带来很大困扰。
文章从桥梁设计中的问题以及材料选用等方面提出建议并展开探讨。
标签：预应力混凝土箱梁；腹板下弯束；下挠
1 腹板下弯束
1.1 传统配束方案
传统的大跨径预应力混凝土箱梁桥配束方案为纵向预应力配束，根据梁在荷载作用下的弯矩包络图进行设计，由纵向预应力束和离支座不同距离处的下弯预应力束组成，并配置悬臂预应力束（顶板直线束、腹板下弯束）和连续预应力束等。
1.2 新型配束方案
80年代末以来，国内不少大跨径预应力混凝土连续梁和连续刚构的箱梁桥设计中采用了全部直线式的纵向预应力束（没有下弯预应力束），另加竖向预应力筋的方案。
下弯束的取消具有一定的优点，由于悬臂预应力束只采用顶板直线束，所以桥梁腹板里的预应力管道相应减少，从而减少了工程施工量和预应力束的摩擦损失。
但是，该方法使用了大量的纵向预应力束来限制主拉应力，增加了工程建设的成本，同时采用此种方法的工程在经过一段时间的运营后，出现病害的概率变大，近20年来，按这种设计方案建造的大跨径预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥，普遍地在梁腹中出现斜裂缝，跨中挠度也不断增大，有的甚至相当严重。
而加设了下弯束的箱梁桥，腹板斜裂缝较少或没有出现。
预应力混凝土箱梁桥在跨径350m之内的桥型方案选择上，具有很强竞争力，国内外有许多大跨径混凝土梁桥设计的成功实例。
采用下弯束是限制主拉应力及斜裂缝出现的最有效措施，通过对箱梁桥竣工后的运营情况对比，认为纵向预应力下弯束的取消是导致病害出现的主要原因之一。
因此，正确的纵向主预应力束的配束方案，应该是按弯矩包络图配置足够的直线束和下弯束。
配置了预应力下弯束后，不仅可抗弯，还可平衡较多的自重剪力、活载剪力，减小箱梁截面上的剪应力。
由于主拉应力与剪应力的大小成正比，所以可以通过配置预应力下弯束来控制主拉应力，还可消除可能在梁较高区段的腹中出现预应力盲区。
2 竖向预应力束
2.1 竖向预应力束
在腹板内配置适量的竖向预应力筋是合理的，尤其当下弯束不足时。
大跨径预应力混凝土箱梁桥的箱梁扭转、畸变也可能产生腹板剪应力，在设计时需充分考虑这些影响因素。
如果采用钢绞线束，其强度虽高，但预应力损失也大，而且施工不易。
所以，采用预应力粗钢筋施工相对方便，但在设计竖向预应力筋时，必须认识到它存在的问题：（1）受箱梁高度的限制，竖向预应力筋长度往往不高，所以其预应力锚具损失等较大，有的桥梁实测预应力损失竟达张拉应力的50%；（2）当竖向预应力筋采用精轧螺旋钢筋时，其张拉施工精度很难保障；（3）竖向预应力普遍孔道较窄，张拉后的灌浆不易饱满，甚至无浆，这大大削弱了截面的抗剪能力；（4）竖向预应力筋单端张拉，且锚于梁顶，一旦发生脱锚的情况，对桥上运行车辆产生危险，目前，已有其它国家提出了在工程中不再采用竖向预应力筋的建议。
2.2 竖向预应力筋
设置竖向预应力可以减小主拉应力，但上述问题的存在使得竖向预应力作用很难达到设计的要求。
认为，竖向预应力筋的设置范围不应该在刚构全长上设置，连续刚构主墩中心线两侧各3～4倍梁高区段之外，就不必设置，更不应该采用中空钢棒。
因为主墩中心线两侧各3～4倍梁高区段之外，剪力已很小，这些部位主要是受弯，而不会出现斜裂缝。
而且，这些部位梁高较小，锚固损失很大，采用竖向预应力筋效率相对不高。
因此，通常只需在主墩各1/4跨度范围内及过渡墩1/4跨度范围内设置竖向预应力筋。
3 箍筋配置
随着桥梁建筑技术的不断发展，新建桥梁也日趋追求轻型和美观，箱梁壁尤其是腹板设计的越来越薄，逐渐偏离了桥梁自身的结构力学。
虽然桥梁的外形日益美观，但是箱梁的抗裂能力、抗剪能力却有所下降，箱梁易出现裂缝，并且不能够像弯曲裂缝那样可以逐渐闭合。
箍筋的加密有助于提高抗剪承载力，但箍筋的配置也需适量，并非越多越好。
当配箍量过大时，可能导致腹板混凝土浇筑不密实，进而影响施工质量。
只要箱梁桥的抗剪承载力和构造满足要求，就不需要过多配置箍筋。
值得说明的是，对于变高度梁，沿梁长的剪力分布从支座到跨中的下降比直线等截面梁快得多。
当梁高和梁腹板厚度都变化的情况下尤其如此。
因此，大跨度箱梁中的箍筋配置量应该是变化的，并且在跨中附近很大部分区段只需按构造设置。
4 腹板厚度
根据箱梁桥工程的设计规范，腹板的尺寸可以通过抗剪承载力验算得到，腹板的厚度和主拉应力大小密切相关，所以，选择合适厚度的腹板非常重要，梁的受剪承载力应采用梁的截面尺寸（截面厚度和高度）和混凝土强度的乘积与配箍量相匹配的办法。
合适的腹板厚度有利于提高抗剪承载力，改善箱梁的抗裂性能，方便预应力在腹板上的锚固。
所以，不能为了美观、为了减轻梁的自重，将箱梁的箱壁设计得过薄。
腹板过薄会使腹板主拉应力对荷载效应变得敏感，可能导致
主拉应力的超限，也可能使钢筋的布置变得困难，影响混凝土浇筑质量。
5 大跨度混凝土梁桥的跨中下挠问题
（1）混凝土收缩和徐变较大；（2）对预应力长期损失估计偏低，预应力损失过大；（3）混凝土的开裂；（4）施工方法（特别是合龙方式）导致的不利的成桥应力状态；（5）环境温度与湿度的变化，以及日照温差作用；（6）箱梁的空间作用未计算好。
对于大跨度混凝土梁桥来说，变形与开裂常常同时存在，进而引起主梁刚度的下降，并对截面特性、混凝土收缩徐变效应及预应力效应等产生影响，引起内力重分布，继续加剧裂缝的发生和开展。
目前国内外采取了许多防治大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下挠的方法，如体外束、跨中顶推、跨中预压等。
另外，为防止大跨径预应力混凝土桥梁的开裂和下挠随时间增长，也可适当预留备用预应力束（体外束或体内束），用以改善桥梁运行状况。
6 结束语
预应力混凝土箱梁桥具有不少突出的优点，在公路桥梁建设中有着广泛的应用。
但是，同时，近20年暴露出的腹中开裂和跨中下挠等问题，说明在桥梁工程设计中有着很大的改进和提高的空间。
结合自身工程实践浅谈了大跨径预应力混凝土箱梁桥设计的一些问题，希望对广大同行有所帮助。
参考文献
[1]刘灿.横向预应力混凝土梁的抗剪性能及预应力损失研究[D].华南理工大学，2010年.
[2]孙璨.钢筋混凝土结构长期徐变收缩效应研究应用[D].哈尔滨工业大学，2010年.
[3]罗旗帜.基于能量原理的薄壁箱梁剪力滞理论与试验研究[D].湖南大学，2005年.
[4]黄李骥.腹板开洞工形截面拱的稳定性能及设计方法研究[D].清华大学，2005年.
作者简介：毛红涛（1982-）男，汉，河南开封人，本科，助理工程师，研究方向：市政桥梁设计。