问题分析对付策略---大跨径PC梁桥的常见病害成因分析及设计对策.docVIP

大跨径PC梁桥的常见病害成因分析及设计对策 赵 通 摘要：早期设计建成的大跨径PC梁桥大多存在梁体开裂、跨中下挠过大等病害情况，本文旨在通过分析这类桥梁出现病害的原因, 并就这类桥梁的设计提出一些新的思路和改进措施，以提高结构的安全性和耐久性，为今后类似桥梁设计提供参考。 关键词：大跨径；PC连续刚构；病害；设计 1.引言 大跨径PC梁桥作为较经济的大跨径桥梁结构形式，是大跨径桥梁的主选桥型，在近二、三十年来得到了广泛应用，在国内外桥梁中占有很大的比例。此类桥梁目前设计、施工技术均较为成熟，具有外形简洁明快、行车舒适、结构整体性好、刚度大、跨越能力强、抗震性能好、后期养护简单等优点，其工程造价与同等跨度其他桥型比较相对较低。但不能否认的是，从国内已建成的大跨径PC梁桥现状来看，均或多或少地出现了部分病害。主要病害分两大类，即“梁体开裂”和“跨中下挠”病害。如何克服和尽量减少病害的产生，是目前在设计与施工过程中急需解决的问题。 2.梁体开裂成因浅析 在已建成的大跨径PC梁桥中，有相当数量的桥梁在施工阶段或运营过程中出现开裂，箱梁的顶板、腹板、底板、横隔板和齿块等部位出现各种不同性质不同类型的裂缝。大跨径PC梁桥裂缝问题已经成为一个较为普遍的问题，普遍存在的裂缝问题成为了阻碍大跨径PC梁桥进一步发展的关键技术问题，也成为学术界、工程界关注的一个焦点。 裂缝对桥梁影响主要是下述两个方面： 1）对桥梁结构安全性能的影响 裂缝的存在会降低桥梁刚度，变形增大，跨中挠度加大，从而影响桥梁正常使用。严重的裂缝导致桥梁结构承载能力下降，影响桥梁的安全性能。 2)对桥梁的耐久性及使用寿命的影响 裂缝会加速混凝土的碳化和钢筋锈蚀，混凝土碳化和钢筋锈蚀又加速裂缝的进一步扩展，使桥梁耐久性趋于恶化，从而降低桥梁使用寿命。 大跨径PC梁桥的裂缝特征主要表现为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、斜向的及不同深度的裂缝。裂缝性质有温度裂缝，也有受力裂缝。大跨度PC刚构桥易出现开裂的部位及其裂缝成因可作下述归类。 1）的腹板斜裂缝 这类裂缝主要出现在主跨L/4 区域和边跨支点附近10~15m 范围腹板上，裂缝呈25° ~45°斜裂缝，主要是由于腹板抗剪能力不足和主拉应力方向的抗裂安全储备考虑不充分所引起的。 2）箱梁顶、底板出现不连续的纵向裂缝 箱梁桥顶板、底板的不连续纵向裂缝主要是由于横向弯曲和箱梁畸变产生的。另外，箱梁横向框架的温差应力、收缩应力、曲线配索横向转向引起的径向力、截面分层处和施工接缝处的局部应力等也会引起顶、底板出现局部的开裂。 3）0号块裂缝 在箱梁0号块空洞周围经常有放射状裂缝，孔洞与孔洞之间也会有竖向裂缝，这主要是由于孔洞周围应力集中而产生的。 4）箱梁顶、底板沿预应力钢束方向的纵向裂缝 在箱梁墩顶附近梁段的顶板、跨中梁段的底板内，由于预应力钢筋密集，使得箱梁断面局部处在高应力受力状态，在“泊松比效应”影响下，产生了严重的沿钢束方向的纵向裂缝。 5）强大预应力引起的锚下开裂 单束预应力筋规格过大时，强大的预应力必然带来锚下应力的高度集中，锚下的加强钢筋配置不合理，块体不能很好地分散应力，将引起锚下混凝土的开裂。 3.避免梁体开裂病害的设计对策 通过对国内多座大跨径PC连续刚构（多按85桥规设计），分析其裂缝病害形成的原因，从设计角度上笔者有下述体会。 1）箱梁截面尺寸的拟定不合理，不能过分寻求“轻、薄、省”。 通过调查2004规范实施以前的多座大跨径PC连续刚构的相关设计资料，不难看出，过分寻求结构的“轻、薄、省”，特别是腹板过薄，很容易导致结构抗剪承载力不足，从而导致腹板斜裂缝的出现。 2）预应力体系设计必须认真考虑下弯腹板束的作用。 为了方便施工，以往多数连续刚构桥梁在设计时取消了下弯腹板钢束，过分依赖竖向预应力粗钢筋的作用。由于实际存在的施工偏差而导致竖向预应力粗钢筋并不能达到设计预期的效果。 竖向预应力筋设置理论上能显著减少或消除主拉应力，但由于预应力钢筋太短，难以建立有效预应力，虽在施工工艺上加以改进, 如采用超张拉或复拉工艺, 从国内很多大桥测试的结果来看，效果较好，但施工时存在人为因素, 如螺母是否拧紧、压浆是否饱满等。就笔者个人经验而言，由于竖向预应力的施工质量很难完全达到设计要求,增设腹板下弯束是非常必要的，偏安全计，建议结构的主拉应力控制没必要考虑竖向预应力的作用（新桥规建议计算主拉应力时竖向预应力按60% 考虑，笔者建议将其作为安全储备即可），下弯束应弯至截面高度的2/ 3 以下为宜。若一定要考虑竖向预应力的作用，则预应力钢筋建议采用钢绞线配套能够二次张拉的低回缩锚具。 3）对预应力钢束引起的附加效应估计不足。 对于刚构的0号块及靠近根部的梁段顶板部位、跨中梁段的底板部位，均为受力非常复杂的局部构件。特别是0号块梁段