斜拉体系加固大跨径箱梁桥关键技术研究与工程应用--以东明黄河公路大桥改造工程为依托(公路基础设施建设与养护)/交通运输科技丛书9787114169489

    第1章绪  论

  改革开放以来，国民经济迅速发展，20世纪90年代我国掀起了公路建设高潮．一大批高等级公路和大跨径桥梁得以建造。大跨径预应力混凝土箱梁具有跨越能力大、造价合理、施工’r艺成熟、桥型简洁美观、整体性和连续性好、行车舒适等诸多优点，在40～300m的经济跨径范嗣内．此类桥梁是最有竞争力的桥型之一，虎门大桥辅航道桥即为该时期建造的具有广泛影响力的一大批桥梁之一。

  但是限于当时设计理念和国民经济条件等，很多桥梁为施工方便和节约造价采用了偏薄弱的箱梁构造和直束布置预应力方式等，在运营期随着重载车辆数量和轴重的爆发式增长，这些桥梁在建成数年后较多地出现了开裂和跨中下挠现象。

  1．1大跨径预应力混凝土箱梁桥存在的主要病害及产生原因

  混凝土箱梁的开裂和下挠问题具有一定普遍性。大跨径预应力混凝土箱梁一般在运营两三年后即出现开裂和下挠现象，如得不到及时控制．则可能持续发展。

    箱梁开裂是指腹板、顶板、底板、横隔板以及齿板等部位出现了各种形式的裂缝。箱梁下挠是跨中出现超过预期收缩徐变的挠度，很多情况是不收敛的。很多时候开裂和下挠是伴随发生的．甚至相互促进恶化．这些病害的主要危害如下：

    (I)开裂使结构的受力混凝士有效截面减小．降低了桥梁安全度，有的甚至造成了桥梁结构破坏。目前，公路管理部门对于出现大量裂缝的桥梁一般采取了限载限速措施，大大削弱了桥梁的使用功能。

    (2)开裂会使失去混凝土保护的钢筋受到空气中有害气体的侵蚀，进而加速钢筋的锈蚀，削弱了桥梁的耐久性．大大缩短结构的使用寿命。特别是预应力钢束(筋)的腐蚀属“应力腐蚀”．其锈蚀速度远快于普通钢筋，并且其断裂是脆性的，预兆少，危害性极大。

    (3)裂缝会削弱箱梁的刚度，使梁跨中挠度增大。国内某主跨245m大桥由于出现了大量裂缝。跨中严重下挠，最大超过了32cm，现已降级使用。过大的挠度不仅影响行车的舒适，也可能改变受力体系和内力分配，使裂缝进一步扩展，从而形成恶性循环。

    箱梁裂缝和下挠削弱了桥梁的安全度和耐久性，由于这种桥梁跨径和规模大，往往处于干线公路上，一旦发生安全问题将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

    确定开裂和下挠的原因主要采用理论分析和检测相结合的手段。其中，理论分析主要采用有限元方法．对町能的原因进行逐项分析排除和确定。

    预应力箱梁检测内容除结构材料的实际强度、结构变形(应变、挠度)和开裂状况等常规检测项以外，还有有效预应力、管道压浆状况及钢束锈蚀情况等检测。在预应力箱梁的检测工作中遇到的最大问题是有效预应力的检测问题。有效预应力检测通常是在施工期于预应力束上布设传感器进行，但是在用的大部分桥梁都没有预埋传感器。曾经采用过的有效预应力检测方法是切断钢丝，释放应力进行检测，但这种方法对结构有害，准确性也偏低。预应力管道往往埋深较深，且处在混凝土结构钢筋之间，·般设备往往难以定位，需要采用高精度雷达或其他设备进行测定，然后用冲击钻在选定部位开孔，通过内窥镜检测外观，或利用微创预应力丝应力释放法测定有效预应力。但这种方法会破坏混凝土保护层，还可能会损伤结构钢筋甚至预应力束。

    1．1．1  大跨径预应力混凝土箱梁开裂及其产生原因

    据调查，大跨径预应力混凝土箱梁的开裂具有普遍性，裂缝类型主要有以下几种形式：

    (1)在正弯矩区的梁底部和负弯矩区的梁顶部的弯曲裂缝。这种裂缝在国内外均有报道。其产生的主要原冈有：

    ①在设计中低估了由收缩徐变、预应力松弛等，以及对由其引起的应力重分布产生的次应力考虑不足。

    ②设计中低估了温度应力(整体升降温)，以及对温度梯度的影响考虑不足或低估。在我国，此类桥梁设计中，对整体升降温在超静定结构中产生的附加内力考虑得较为充分．但是我国早期规范没能充分考虑大跨径箱梁结构的竖向温度梯度的影响，在现行规范中采用两折线的竖向温度梯度曲线，较之早期规范有了较大改进。从实桥测试来看，现行规范的温度梯度模式仍不能充分反映空间温度对箱梁结构的影响。有研究资料表明，不同温度梯度模式在箱梁内产生的温度应力差别很大，甚至可能是异号应力。如果温度梯度模式选用不当．即使增加温度差设计值，也不能准确反映温度力的影响。我国公路桥梁规范与国内铁路及国外公路规范相比，复杂的温度梯度模式过于简单化，计算结果偏不安全。

    ⑧由于施下和设计的原因，实际有效预应力低于设计理论计算值。

    (皇)在桥梁的运营过程中，由于基础不均匀沉降、支座变形或位移以及车辆超载等，使桥梁的使用荷载超过了设计值，相对承载力不足。

    ⑧在设计中没有充分考虑剪力滞的影响，普通受力钢筋的布置不合理，容易产生弯曲裂缝。特别是在负弯矩区，极易产生横桥向的受拉裂缝。

    ⑥在设计计算中未能充分考虑混凝土超方影响或漏箅齿块等重量。

    (2)在L／4附近的腹板上斜裂缝，一般与水平呈45。角左右。这种由主拉应力引起的斜裂缝国内外都有大量的报道。主要因为是腹板抗剪能力不足，以及实际结构主拉应力远大于理论汁算值等因素所致。

    从理论上讲，腹板纵向下弯束预应力和竖向预应力可以控制主拉应力提高抗裂能力．但实桥调查表明，由于竖向预应力筋较短，锚具损失大(最小近4mm)，施工上具有一定的难度．而早期工艺又常容易忽视上述特点，因此往往导致预应力效果较差。同时，目前许多桥梁设计时纵向预应力束布置不尽合理，使得箱梁腹板中易于形成主拉应力空白区。另外．目前没计时也没有充分考虑箱梁的斜截面抗裂能力，非预应力钢筋特别是腹板中的构造钢筋设计往往不足。因此，在主拉力较大区，一旦预应力损失过大，斜截面抗裂能力不足，从而导致腹板出现斜裂缝。这也与我国早期相关规范规定的混凝士容许主拉应力偏大有关，现在一般建议箱梁腹板主拉应力不超过I MPa。

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