預應力混凝土連續(xù)梁橋方案教學提綱

2025/1/61預應力連續(xù)梁橋的設計

—淺談如何規(guī)避下?lián)虾烷_裂的風險湖南大學邵旭東教授2011年11月佛山2025/1/6大跨梁橋的幾種類型2025/1/6等截面連續(xù)梁變截面連續(xù)梁連續(xù)剛構剛構—連續(xù)組合梁2025/1/6大跨梁式橋具有以下優(yōu)點：1、造價相對較低；2、施工簡易快捷；3、建筑高度小，適應能力強；4、維護費用少。因而是200m跨徑以內(nèi)的主力橋型。2025/1/61978年建成通車的帕勞共和國科羅巴島橋，主跨241m的PC連續(xù)剛構橋，通車后不久就開裂和下?lián)希?996年9月倒塌。典型實例：2025/1/6一、梁體下?lián)蠁栴}2025/1/6梁體下?lián)?/p>

跨中下?lián)鲜鞘制毡榈默F(xiàn)象。主因由混凝土徐變引起。

跨中下?lián)贤殡S跨中段出現(xiàn)橫向裂縫和大量斜裂縫，其下?lián)峡蛇_到相當大的程度，造成嚴重病害。

2025/1/6黃石長江公路大橋跨中下?lián)?，最大已達到33.5cm，當然同時出現(xiàn)大量的主拉應力斜裂縫與跨中區(qū)段橫向裂縫。梁體下?lián)?025/1/6湖北鐘祥漢江大橋因下?lián)虾烷_裂等嚴重病害而拆除重建?。保梗梗衬辏保痹峦ㄜ?，05年拆除65m+3×100m+65m，五跨連續(xù)箱梁橋2025/1/6鐘祥大橋正在拆除2025/1/6

跨中下?lián)系念A防對策梁體下?lián)?025/1/6（一）控制負彎矩區(qū)域截面的應力梯度梁體下?lián)?025/1/6梁體下?lián)闲熳兿聯(lián)洗笮熳兿聯(lián)闲⊙亟孛娓叨鹊膲簯Ψ植继荻龋?025/1/6梁體下?lián)现挥休S向徐變徐變上拱沿截面高度的壓應力分布梯度：2025/1/6設計對策：梁體下?lián)?/p>

上緣增大壓應力（加預應力）

下緣減小壓應力（增加底板厚度）2025/1/6梁體下?lián)?/p>

在梁根部區(qū)段，可使懸臂節(jié)段的自重完全由預應力抵消（零彎矩）。內(nèi)支點上方底板厚度宜不小于跨徑的1/140。2025/1/6梁體下?lián)?025/1/6跨中下?lián)系念A防對策：（二）足夠的正截面和斜截面強度

梁體下?lián)翔b于跨中下?lián)贤c橫向裂縫與斜裂縫一起發(fā)生，相互促進惡化，因此保證梁有足夠的正截面強度和斜截面強度是首要的。計算中要充分考慮徐變的不利影響。2025/1/6

（三）設計文件的規(guī)定（1）混凝土加載齡期至少應在7天以上，強度和彈模至少在90％以上。梁體下?lián)希?）宜采用真空壓漿，減小管道摩阻、防止漏漿。（3）嚴格控制混凝土超方。2025/1/6（四）特大跨徑梁橋跨中區(qū)段輕型化梁體下?lián)?025/1/6斯托爾馬橋(L=301m)，跨中182m為C60輕質(zhì)混凝土

梁體下?lián)?025/1/6重慶石板坡長江大橋跨中108m長為鋼梁梁體下?lián)?025/1/6（五）徐變計算適當考慮活載影響梁體下?lián)?/p>

徐變計算不只針對恒載，應適當考慮大交通量活載的影響。蘇通長江大橋輔航道橋設計考慮了二個車道的汽車荷載參與徐變計算，值得借鑒。2025/1/6二、梁體開裂問題2025/1/6交通部公路科學研究院曾經(jīng)對全國公路系統(tǒng)主跨大于60m的近180座主要預應力混凝土箱梁橋作了裂縫調(diào)查與統(tǒng)計。根據(jù)統(tǒng)計結果：腹板裂縫頂板裂縫底板裂縫橫隔板裂縫齒板裂縫86.4%90.9%54.5%86.4%36.4%梁體開裂2025/1/6梁體開裂－斜裂縫

（一）腹板斜裂縫2025/1/6

腹板斜裂縫是出現(xiàn)最多的梁體裂縫。與梁軸線呈25°～50°開裂。斜裂縫的另一個特征是箱內(nèi)腹板斜裂縫要比箱外腹板斜裂縫嚴重。這已為一些大跨徑梁橋的檢查結果所證實。

梁體開裂－斜裂縫2025/1/6內(nèi)側（條）外側（條）上游腹板808100下游腹板1149294合計1957384

黃石長江公路大橋通車七年后，于2002年5月對大橋進行了檢測，發(fā)現(xiàn)嚴重的病害，箱梁裂縫檢出2438條，其中1957條分布在箱梁腹板內(nèi)表面上（占80.3%），

384條分布在腹板外表面上（占15.8%），

87條分布在箱梁底板上（占3.6%）。箱梁腹板裂縫統(tǒng)計黃石長江公路大橋開裂現(xiàn)象2025/1/6黃石長江大橋腹板裂縫2025/1/6梁體開裂－斜裂縫預防腹板斜裂縫的設計對策2025/1/6梁體開裂－斜裂縫1、腹板計算應考慮空間效應面內(nèi)應力：2025/1/6梁體開裂－斜裂縫日照溫差導致箱梁內(nèi)部全截面受拉面外應力—溫度影響按照多國規(guī)范計算，日照作用下腹板內(nèi)側拉應力可達2MPa2025/1/6產(chǎn)生水平拉應力梁體開裂－斜裂縫跨中張拉后期索導致腹板受彎拉、底板受彎面外應力—后期索影響2025/1/6梁體開裂－斜裂縫2、腹板厚度應足夠腹板內(nèi)需滿足：（1）置縱向下彎束；（2）置豎向束；（3）置普通鋼筋。（4）混凝土澆筑密實。腹板內(nèi)縱向束2025/1/63、設置高效豎向預應力梁體開裂－斜裂縫2025/1/6

豎向預應力不足是預應力箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫的主要原因之一。

精軋螺紋鋼錨固體系存在以下不足：（1）張拉應力低，伸長量??；（2）剛性索，施工稍有偏差，螺母就擰不到位；（3）張拉控制應力高，易斷筋，難更換；梁體開裂－斜裂縫（4）施工質(zhì)量難以檢驗。2025/1/6

混凝土箱梁的精軋螺紋鋼豎向預應力筋2025/1/6精軋螺紋鋼預應力筋于1956年由德國Dywidag（地偉達）公司研發(fā)成功。50多年以來，短索基本采用這一技術，沒有明顯改進。梁體開裂－斜裂縫2025/1/6而鋼絞線具有柔性、高強度和大延伸量的優(yōu)勢，強于精軋螺紋鋼筋。但對于短索，由于夾片錨回縮損失大而不宜采用。梁體開裂－斜裂縫2025/1/6

新型二次張拉低回縮預應力鋼絞線錨固體系用于豎向預應力，其性能遠優(yōu)于精軋螺紋鋼。

梁體開裂－斜裂縫2025/1/6張拉端低回縮豎向錨固系統(tǒng)低回縮二次張拉錨具構造P型錨具系統(tǒng)錨具構造固定端梁體開裂－斜裂縫2025/1/6a)第一次張拉鋼絞線

b)第二次張拉錨杯

c）擰緊螺母

至設計荷載至設計荷載消除回縮梁體開裂－斜裂縫2025/1/6

4m長的鋼絞線經(jīng)二次張拉后，回縮損失由25％降為3.6％，預應力效率至少是精軋螺紋鋼的2倍。

2.豎向高效預應力體系2025/1/6第二次張拉錨杯至設計荷載螺母與墊板密貼

梁體開裂－斜裂縫2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫（二）縱向裂縫——頂、底板裂縫

2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫

原因和對策2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫

1、超載超載特別是超重車軸荷載的作用，對橫向的影響比縱向更大，這是因為縱向彎矩自重占絕大部分；而橫向彎矩主要由活載引起，軸重超過規(guī)范時，易出現(xiàn)頂板下緣的縱向裂縫。

——限超2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫2、溫差應力估計過小

我國89橋梁設計規(guī)范中，對溫差應力，僅規(guī)定了翼緣與梁體的其他部位有5℃的溫差。這樣的溫差偏小，與實際情況嚴重不符！根據(jù)研究，對于箱梁，溫差應力可以接近甚至超過活載的應力。這是出現(xiàn)縱向裂縫的原因之一。2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫

現(xiàn)行《公路橋涵通用設計規(guī)范》中已規(guī)定了比過去大得多的溫度梯度。這個問題可望得到解決。2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫3、縱向應力的泊松效應若混凝土的縱向壓應力則相應的橫向拉應力可達2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫

由于頂板較薄，又需布置縱、橫向預應力束和普通鋼筋，橫向預應力筋的位置較難精確控制，一旦偏差較大，易在頂板下緣出現(xiàn)縱向裂縫。頂板薄導致活載作用下混凝土應力變幅過大，容易出現(xiàn)疲勞裂縫。

—建議頂板厚度不小于30cm。4、頂板較薄2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫

5、變截面箱梁的底板由于施加后期預應力而產(chǎn)生徑向力，當?shù)装鍣M向配筋不足，會在底板橫向跨中下緣及橫向兩側底板加腋開始的上緣，出現(xiàn)縱向裂縫。2025/1/6合攏束等效荷載的豎向分力和錨固點水平作用力跨中張拉后期索導致腹板受彎拉、底板受彎跨中區(qū)域底板橫向受力分析梁體開裂－縱向裂縫2025/1/6跨中區(qū)域底板橫向受力分析跨中底板病害類型一般有三種：（基本由底板后期束引起）1）底板混凝土局部區(qū)域崩裂；2）底板上、下層鋼筋網(wǎng)分層；

—應布置可靠的鉤筋3）跨中底板下緣的縱向裂縫。

—橫向鋼筋配足底板上、下層鋼筋網(wǎng)分層梁體開裂－縱向裂縫2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用橋面廣泛采用瀝青混凝土鋪裝，而瀝青混凝土攤鋪時要求高溫操作，攤鋪溫度往往高達1500C。大氣向上與大氣熱交換，導致瀝青混合料及周圍環(huán)境溫度不斷變化向下與結構熱傳導，導致結構溫度急速升高，形成非常大的梯度溫度2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用較大的梯度溫度對箱梁結構產(chǎn)生非常不利的影響！但現(xiàn)行規(guī)范中沒有任何條文對此進行規(guī)定！2025/1/6梁體開裂－縱向裂縫6、瀝青高溫攤鋪的作用箱梁不同位置的溫度隨時間變化圖有限元熱分析得出：2、對于瀝青鋪裝層，溫度在最初的一段時間內(nèi)下降非?？?，30min之內(nèi)，溫度下降了將近500C。1、不同深度處達到的最高溫度相差很大.2025/1/6通過對以上參數(shù)的分析，得出：瀝青混凝土攤鋪引起的最大溫度梯度

梁體初始溫度(OC)102030最大溫差T(OC)353230最大溫差T的取值(OC)

建議按施工荷載考慮瀝青高溫對橋面的影響瀝青高溫攤鋪對箱梁頂板的影響：梁體開裂－縱向裂縫2025/1/6（三）橫向裂縫2025/1/6梁體開裂－橫向裂縫

大跨徑梁橋的設計中，通常采用全預應力設計。對于全預應力或部分預應力A類構件，都不應該出現(xiàn)橫向裂縫。出現(xiàn)橫向裂縫，反映了正截面強度的不足。2025/1/6梁體開裂－橫向裂縫1、有效預應力不足過早加載，預應力徐變損失大。沿管道預應力損失偏大。預應力筋因管道壓漿不飽滿和漿體離析而銹蝕。主要原因2025/1/6梁體開裂－橫向裂縫2、對剪力滯影響考慮不夠腹板區(qū)域上下緣縱向拉應力遠大于平均應力。3、梁體下?lián)?，?nèi)力轉移過大。主要原因2025/1/6徐變導致內(nèi)力重分布，負彎矩減小，正彎矩增大?！缰袇^(qū)域應配置足夠的后期束防止底板開裂梁體開裂－橫向裂縫2025/1/6梁體開裂－橫向裂縫4