大跨桥梁持续下挠.doc

2005西宁中外桥梁病害诊治大会论文大跨梁桥持续下挠成因及其控制的结构措施1、问题的提出 2、大跨梁桥持续下挠的成因 3、恒载“零弯矩”设计理念4、桥梁悬臂施工5、连续刚构合拢6、恒载超重的恢复 郭圣栋(江西省交通设计院) 熊利华（中交四航设计院） 张 璟 上官兴 （华东交通大学土木建筑学院）大跨梁桥持续下挠成因及其控制的结构措施 郭圣栋1 熊利华2 张 璟3 上官兴3(1江西省交通设计院 2中交四航设计院 广州； 南昌；3.华东交通大学 南昌)摘要：本文从总结国内大跨梁桥持续下挠实际出发，在结构上提出“恒载零弯矩”设计理念，为持续下挠的有效控制开拓一条新途径。1、问题的提出自二十世纪五十年代在德国莱茵河上首创悬浇施工法以来，悬臂施工法预应力混凝土梁桥已成为许多国家广泛采用的桥型之一。但是近十多年来，我国不少的大跨预应力砼梁桥在通车5-8年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象。其中挠度最大者达32cm。特别是设计和施工质量甚好的270m虎门大桥辅航道桥，建成7年跨中下挠也达26cm，并发现了裂缝，震撼了桥梁界。国内一些大跨梁桥的持续下挠的不完全统计，其年速率如下：L100160m f徐 1 (cm/年)L160220m f徐12(cm/年)L220270m f徐23(cm/年)跨中持续下挠是一个十分复杂的问题，影响因素也特别多。国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过不少研究，但都奏效不大。当前桥梁建设大好形式迫切需要一种新思维的产生。要用与时俱进观点对桥梁设计所存在的问题进行反思，对传统方法要勇于破除迷信。本文仅仅从结构原理出发来探索持续下挠的成因及其控制措施。2. 大跨梁桥持续下挠的成因2.1 结构原因大跨梁桥最不利状态弯矩M0发生在最大悬臂施工状态，跨中出现较大的挠度f。其基本原因在于箱梁上缘预应力设计不足。因为它选择成桥后运营状态(连续梁)，通过最不利荷载组合的内力包络图，按保留一定压应力储备并满足强度要求的原则来确定预应力弯矩MT大小。然而大跨梁桥实际施工图式为双悬臂图式，最大悬臂弯矩M0与上缘预应力弯矩MT之间存在很大的弯矩差MeM0MT，由此在双悬臂梁施工中必然会产生跨中下挠f0。常规用预拱度来抵消f0，但在合拢后连续梁中Me并没有消除，因此还会继续发生持续下挠f1。如图1所示，某海湾一座设计的270m跨径的连续刚构桥，如按常规方法设计，仅箱梁自重合拢前双悬臂状态下挠f024(cm)，合拢体系转换后f16(cm)，两者之和挠度f30(cm)，高达跨径L/900之巨。可见在特大跨径中按常规方法设计上缘预应力，不考虑悬臂施工的实际情况将带来多么严重后果。024024图1 施工中不平衡弯矩Me产生挠度2.2 预拱度预拱度是目前最常用的消除初始挠度(f0+ f1)下挠的方法。即将梁的下挠值f反方向加在箱梁上，使梁面有一个抬高量，这个预抬高称“安装标高”。除施工所产生变形另外计算外，桥梁结构的预拱度有：自重、桥面和活载和运营若干年后的砼徐变下挠。自重预拱度f0是指在箱梁在悬臂施工中预先设置一向上的拱度 (计算挠度的反向值)。f1是箱梁自重在连续梁上的反挠度，桥面系重量在连续梁中挠度f2是二期恒载。活载预拱度fP则是考虑到使梁在运营状态时也能保持部分设计线形状态阶段。最后还有砼徐变(恒载不变砼内水分挥发产生塑性变形)下挠等。应当特别指出：设置“预拱度”方法虽能够使跨中标高符合设计要求，但它没有解决力的平衡问题，没有消除Me，所以运营若干年后，大跨梁桥随着砼徐变产生，跨中必定发生持续的徐变挠度ft。其值计算如桥规JTGD62-2004中6.5.6公式。2.3徐变挠度 (1) 徐变挠度计算公式为： (1)式中：ft：时间t的挠度 t计算所需龄期；t0加载龄期f0初始弹性挠度(自重+预应力) (2)徐变系数计算公式为： (2)式中：名义徐变系数(表F2.2)，约在（1.83.5）范围 加载后徐变随时间发展的系数， (3)由上叙公式可见，徐变挠度ft与初始挠度f0成正比，而f0又与弯矩Me成正比。随着跨径l增大，Me和f0都急剧增加。因此通过设计手段减少了Me，也就减少了徐变挠度ft，这就是控制持续下挠的基本结构原理。(4)初始挠度： (3)式中：Me悬臂自重弯矩（Mg）上缘预应力弯矩（MT） 单位垂直力作用在跨中所产生的悬臂梁弯矩 E 箱梁弹性模量； J 箱梁惯性矩由公式(1)可见，只要在结构设计中有效控制了初始弹性挠度f0的绝对值在一个很小范围内，那么砼徐变总挠度ft值也就不大，这样大跨梁桥持续下挠将得到有效的控制。2.4 下挠绝对值控制在桥规JTGD62-2004第64页中6.5.3条规定在消除结构自重产生的长期挠度后，梁式桥跨中最大挠度不应超过L/600。由国内多年经验表明，从控制开裂出发该值几乎偏大了一倍，不少桥梁跨中下挠f在L/1200时已出现了下缘裂缝。如表1，7座开裂桥梁中有三座桥的跨中挠度L/545L/766在桥规L/600左右，但其裂缝数已相当多，属危桥范畴，均已花费了数千万元进行加固。总结这些历史教训，由此我们建议：. 桥规除强度验算外，大跨梁桥应专门增补挠度设计项目；. 要求预拱度值不应大于L/1200。通过限制了初始挠度的绝对值，来防止了持续下挠的恶化。. 当初始挠度(f0+f1)绝对值过大时，设计应另专门研究采取有效措施来降低。表1. 跨中下挠f与跨径L的相对比 项 目状 桥态 号 主孔跨径L(m)跨中实测挠度桥规允许（mm）L/600f(mm)时间(年)相对挠度开 裂 2702608L/1028450 2453209L/766408 16012011L/1333267 1402008L/636233 1202209L/54520080678L/1200133 707010L/1000117未开裂1509523L/1500250 1353013L/45002253.恒载“零弯矩”设计理念3.1新理念的提出及发展1988年范立础院士主编预应力砼连续梁书中301页中，提出一种减少由混凝土徐变引起次应力的途径：即选择预应力产生的弯矩MT，使它刚好抵消建造过程中产生的自重弯矩Mg，这样恒载弯矩为零，由公式（3）计算初始挠度也为零，砼徐变对结构的影响将大大降低。此种新理念简称恒载“零弯矩设计”。新观点以挠度为目标控制，其特点是用预应力的设计手段来消除了初始挠度f0和初始转角。这样当砼徐变发生时，梁体仅有轴向位移而不产生挠度，因此就能极大地减少合拢后的持续下挠绝对值。早在80年代末期在修建洛溪大桥180m连续刚构时，湖南和广东一些工程师就对“预拱度法”提出了质疑。认为“预抬高”不能解决力的平衡，因此不能消除合拢后箱梁后期的下挠。在他们主持的工程中采用了预应力恒载“零弯矩”的理念，修建了近十座连续梁桥，都取得了方便施工、简化工程控制和后期下挠较小的效果。由于我国连续梁桥修建历史不长，两种观点对后期下挠认识优劣一时分辩不出，双方争议时间达十余年之久。2004年被认为设计和施工质量都很好的广东虎门大桥辅航道桥（270m）下挠26cm并发现裂缝的事实震惊了桥梁界，促使大家对传统方法进行反思。为了证实新理念的效果，2005年4月份对我国首座按零弯矩理论设计的广东佛山市135m石南大桥进行了检查。该桥运营13年跨中下挠仅3cm、未见荷载裂缝的事实充分说明恒载零弯矩理念的优越性。从1995年起江西省交通设计院在多座连续梁桥设计中，推广采用了“恒载零弯矩”设计理念，这些工程通车7、8年后均未见跨中过大下挠和开裂的现象。3.2大跨梁桥的恒载众所周知恒载弯矩Mg（含一期恒载及其二期恒载）是大跨梁桥的主要矛盾(见表2)，占到总弯矩M的80以上。恒载中弯矩存在是使结构产生后期挠度的主要原因。应该看到恒载是固定的,方向是准确不变的,所以实现”零弯矩”是唯一解。而传统的预应力设计包络了活载、温度种种因素，不是全部针对恒载而设置，因此也就不能解决后期下挠问题。还需要特别指出桥梁恒载形成要经过双悬臂施工、连续梁合拢、桥面浇筑、运营以及砼徐变等五个阶段。因此在大跨梁桥中也要分五个阶段设计预应力，只有在所有的阶段中都实现恒载“零弯矩”的要求，那么持续下挠才能根本改善。在这点上它与传统的“一次性到位”的预应力设计方法是截然不同的。然而计算表明五个阶段中以第一个阶段：悬臂施工最为主要。表2 恒载弯矩占总弯矩的比例项目石龟山桥赣江西支桥海湾桥方案主跨跨径（m）80110270恒载弯矩/总弯矩80%86%83%3.3体外索的引进连续梁（刚构）合拢后，继续施工桥面系g2（二期恒载）；进入运营阶段后将承受均布活载gp1.05（t/车道）。这两项统称为连续梁图式的后期均布恒载p。它也产生不小的跨中挠度fp，是大跨梁桥长期下挠f的一个主要组成部分，而这个问题长期以来一直被人疏忽。、无论传统的“预抬高”和“悬臂施工零弯矩法”都只适用于合拢前的跨中标高问题，但这两种手段都不能阻止梁后期挠度ft的发生。、近年来不少桥梁为了控制后期挠度fp的增长，在箱梁内都设置了体外索R.如图2.应当指出体外索设计的原则是使其所产生的弯矩MR应与后期均布荷载（p）所产生的Mp相平衡，而不仅仅是前期预应力的一种补充。 图2 预应力体外索图中符号： 箱梁自重g1 桥面荷载g2 车道荷载中的均布荷载gp后期荷载和 gg2gp所产生的连续梁弯矩MpR：体外索拉力 z：体外索到中性轴距离 MR ：体外索产生的梁内弯矩Z R由图可见，要使体外索产生比较明显的效果，跨中部份的梁高Ds应该有一定的高度。Ds愈大体外索弯矩MR愈大，效果愈好，Ds愈小则MR值小，效果不明显。图2所示270m桥跨，跨中梁高D7m（为支座一半左右）。由此又得到一个新理念：即设计体外索是解决后期均布荷载产生长期下挠的一个重要手段。3.4跨中梁高的选择前叙的恒载“零弯矩”方法是用预应力手段MT来平衡自重弯矩M0，使梁内不平衡弯矩Me值降到最小程度。但是无论如何努力，由于构造、工艺等种种原因，梁内的弯矩Me在各个截面总不能全部为零，因此长期挠度ft产生是不可避免的。因此采取何种措施使ft值得到控制才是设计的一项重要任务。 梁抗弯刚度在Me值一定的情况下控制ft拱度的关键因素是增大主梁抗弯刚度EI。其中E是箱梁砼弹性模量，I是截面惯性矩,与截面高度D3成正比。如果保证跨中有一定的梁高Ds、增大惯性矩I、那么后期挠度ft值就会急剧减少，这比其它方法见效得多。现以270m连续刚构为例，跨中不同梁高在g27（t/m）（桥面重）及g2 (t/m)均布活载的共同作用下g7+29（t/m）的挠度如表3。表3 跨中不同梁高后期挠度f比较梁高D(m)惯性矩I(m4)抗弯刚度EI 106（Tm2）270m连续刚构挠度f（cm）比较4.5m3713112.51005.0m5318812.1976.0m9633710.5847.0m1575509.2748.0m2137468.366 跨中梁高及线型选择270m桥跨中梁高D5m是按传统方法确定的(相当支座的1/3)，高度偏矮，不能实现体外索张拉使后期荷载g9(t/m)所产生的弯矩为零。当梁高加大到D7m时，能使挠度减少26。在200m以上特大跨径领域中，跨中梁高为支座梁高1/3左右以及箱梁底板惯用抛物线型的方法将跨中部分梁的抗弯刚度削弱过大，是造成大跨梁桥下挠植较大的重要原因之一。此外如果跨中0.4L部分梁高采用直线形，加大EI则对减少ft有显著的效果。 跨中部分箱梁采用预制拼装众所周知箱梁砼的弹性模量E是随时间增长而加大的。目前在悬臂施工中由于加入早强剂使其强度三天就能达到设计强度要求，但弹性模量没有达到。这也是造成挠度增大的一个重要原因。如果要求砼养护710天才能张拉预应力，但严重影响工期。一个较好的解决的办法是跨中部箱梁采用预制拼装新工艺，将跨中直线段梁体在预制场存放36个月，使其砼收缩徐变提早完成，弹性模量E也可提高1030%。这样使运营中后期下挠值ft也相应可减少1030。3.5 控制下挠的其它措施除上述结构措施之外，众所周知还有很多施工措施也能减少持续下挠的量。例如：计入泵送砼所多用的水泥和水对砼徐变系数的影响。做好砼配合比，控制水泥和水用量。.箱梁现浇早期弹性模量增长滞后于强度增长，因此节段施工时除规定强度外，还要保证不少于5天才能进行张拉。.竖向预应力要逐一检查并进行二次张拉，来确保设计张拉力。.纵向预应力整体张拉后还要以分束张拉来检查，如设计索力达不到要求则需补拉，锚具要用顶压器顶紧。.采用“真空压浆”措施，确保预应力索的耐久性。4 桥梁悬臂施工大跨径梁桥通常都采用悬臂施工工艺，在合拢前是最不利的工况。前叙恒载自重“零弯矩”理论就是抓住这个主要矛盾，提出箱梁上缘预应力弯矩MT要有意识地按抵消箱梁自重悬臂弯矩Mg的原则设计。这样各个截面所存的不平衡弯矩Me（MgMT）甚小，因此合拢前的箱梁初始挠度和转角均接近零；使得悬臂施工状况和满堂支架整体建造状况基本相似。现以江西省南昌赣江西支桥为实例进行说明。另外对于一些没有按“零弯矩”理念设计的桥梁，施工中也可以采用“临时斜拉索”的方法来实现悬臂状态箱梁自重零弯矩。现以广东虎门威远港口大桥为实例进行说明。上述两桥分别由江西交通设计院和中交四航设计院设计。他们率先进行设计理念的转变，值得桥梁工程师们关注。4.1 南昌赣江西支大桥.箱梁尺寸.通航孔跨径L=110m，箱梁截面如图3-1，高6.32.5m，宽17.35m，腹板厚从0.5m变至0.4m；底板厚度从0.66m变至0.25m，顶板厚度0.26m。截面面积A20.210.9m2；中性轴Y上3.041.03m；惯性矩I97.6110.41m4。110m跨径箱梁悬臂自重弯矩如表4-1。.截面上缘悬臂钢绞线预应力采用“平弯”方式在腹板顶部锚固，设计预应力采用观点，如表4-2。预应力支点弯矩MN148，386t.m，大于悬臂自重支点弯矩Mg139，415t.m（为自重弯矩的122.8%）。本设计的上缘预应力所产生的正弯矩不但能够完全抵消自重的悬臂负弯矩，并且还留有一定的富余，所以在施工时箱梁体产生向上挠度f0=3.1（cm）（不计挂蓝重量）。因此在施工中可不设预拱度。.在张拉下缘预应力完成体系转换后，跨中仍然上挠3.6（cm），说明本桥预应力设计的正确。.110m跨桥梁恒重P=箱梁（5346t）+桥面（907t）=6253（t）。二期恒载（占恒重的14.5）所产生的后期挠度f2=-3.2（cm），可以用张拉下缘预应力索产生的上翘来解决。.箱梁挠度设计如表4-3可见成桥后的总挠度f0=0.5（cm）很小，因此可以预见运营若干年后的持续下挠将得到有效控制。.由表4-3可见，在100m跨径中，跨中梁高3.5m和2.5m对总挠度影响不大，跨中加大梁高只有在200m以上特大跨径中方有效。图3-2 箱梁自重及预应力弯矩比较图图3-1赣江西支桥横剖图 25表4-1 110m桥跨各截面自重弯矩Mg节段编号01234567891011121314各截面自重弯矩（t.m）（为负值）节段自重(t)(866.79/2)153.66146.25139.23132.6126.75136.97126.96121.94116.95128.44123.76120.12117114.92节段长度(m)5333333.53.53.53.544444运营(0-0)(1083)(999)(1389)(1740)(2055)(2345)(2979)(3206)(3506)(3772)(4624)(4950)(5285)(5616)(5976)(49526)M0双悬臂结构施工1-1230 658 1044 1392 1711 2294 2571 2896 3187 3982 4332 4685 5031 5401 39415 M12-2219 627 995 1331 1883 2190 2530 2836 3596 3960 4324 4680 5056 34228 M23-3209 597 951 1472 1809 2164 2485 3211 3589 3964 4329 4712 29492 M34-4199 570 1062 1428 1799 2134 2826 3218 3604 3978 3218 24035 M45-5190 651 1047 1433 1783 2440 2846 3243 3627 4022 21284 M56-6240 667 1067 1433 2055 2475 2883 3276 3677 17772 M67-7222 640 1023 1606 2042 2462 2867 3275 14137 M78-8213 614 1156 1609 2042 2457 2873 10964 M89-9205 706 1176 1622 2048 2471 8227 M910-10257 743 1201 1638 2069 5907 M1011-11248 721 1170 1609 3747 M1112-12240 702 1149 2091 M1213-13234 690 924 M1314-14230 230 M1415-150 M15表4-2 “零弯矩”设计Me=Mg+MT截面号预应力弯矩（t.m）MTMg自重弯矩（t.m）Me（t.m）XF索弯矩XD索弯矩合计0 16475 33414 49889 -49526 363 1 15017 33369 48386 -39415 8972 2 12666 28420 41086 -34228 6858 3 10632 24060 34691 -29492 5199 4 8804 20157 28960 -24035 4926 5 7278 16890 24168 -21284 2884 6 6005 13981 19987 -17772 2214 7 4759 11292 16052 -14137 1914 8 3732 8975 12707 -10964 1742 9 2893 7085 9977 -8227 1750 10 2199 5492 7691 -5907 1784 11 1554 4197 5751 -3747 2004 12 988 3051 4039 -2091 1948 13 478 2153 2631 -924 1707 14 0 1409 1409 -230 1179 15 0 695 695 0 695 表4-3.赣江西支桥挠度设计 内力/挠度工 况梁高D2.5mD3.5m弯矩M（t.m）预应力（t）挠度f（cm）挠度f（cm）1双悬臂施工-49，5262，2393.12.82上缘预应力49，88919，3053体系转换7，205-2-1.64下缘预应力6，5385，1482.61.95后期荷载-5，034/2,700-3.2-2.3合拢前1+2悬臂施工3.12.8合拢后（1+2）+（3+4+5）成桥后0.50.8注：表中负号为向下挠度；正为向上挠度。4.2 广东虎门威远港口大桥.弯矩差Me.桥型为（65+100+65+2x40=310m）预应力连续梁。桥宽为28m，双单箱单室截面，如图4-1，其悬臂施工的自重弯矩如表5。本桥设计按常规的方法进行预应力配束，所得上缘预应力弯矩MT=23，631（t.m），仅为箱梁自重悬臂弯矩的MG=26，690（t.m）88%，因此产生弯矩差Me=23，631-26，690=-3059（t.m）。在悬臂端发生跨中挠度f0=65（mm），相当（L/1538）。按本文控制挠度的建议，挠度最大值应在相对跨径L/1200=83（mm）之内，而f0就占了65/83=78%，对合拢后的长期挠度ft=（1+）f0将产生较大影响。考虑到工程已开工，来不及按恒载零弯矩理念修改设计。因此设计单位提出采用临时斜拉索辅助合拢进行工程控制，可不设预拱度。如图42。.临时斜拉索布置如图4-3.桥墩施工临时支点处的横隔梁上，竖立9m高的100钢管塔柱，其顶部设置两侧均有锚孔的钢帽梁，用带热挤PE索套的无粘结预应力钢绞线43j15做斜拉索。固定端设在10#箱梁腔内。张拉采用YC-30小型千斤顶，用“分次分束循环张拉方式”收紧斜拉索。由图4-3可见箱梁悬臂施工在10#截面之前（a=35.50m）均不产生下挠（f=13mm）。在10#截面设置斜拉索的目的是承担10#，11#，12#，13#块箱梁的重量（310t）。阻止它们对箱梁支座截面产生弯矩，也就即减少了下挠值。.效果.由图4-4可见设置800t斜拉索产生Ms弯矩+箱梁的预应力弯矩MT在1#截面形成弯矩M=32，111（t.m），为自重弯矩MG=26，690（t.m）的120%。基本上在全跨范围内都包络了MG。因此合拢前不会产生下挠（反而上翘8mm），所以也可以不设预拱度。箱梁施工控制始终以梁面标高为准。出现下挠则收紧斜拉索，反之亦然，工程控制变得十分简便。图4-1 100m连续梁剖面表5 威远港口桥自重弯矩表Mg(t.m)节段编号012345678910111213合计 节段自重(t)108.28 116.57 124.13 108.36 102.47 97.13 105.18 99.72 95.07 102.42 98.70 96.14 94.73 21.00 节段长度(m)2.252.753.53.53.53.54444.54.54.54.51运营(0-0)122 (423)(838)(1111)(1409)(1675)(2209)(2493)(2757)(3405)(3726)(4062)(4429)(992)(29407)M0双悬臂结构施工1-1160 559 867 1178 1457 1972 2269 2543 3175 3504 3846 4215 945 26690 M12-2217 569 897 1190 1683 1994 2282 2893 3232 3581 3955 887 23381 M23-3190 538 850 1315 1645 1949 2535 2887 3245 3623 814 19590 M34-4179 510 947 1296 1616 2176 2542 2908 3292 740 16207 M45-5170 578 947 1283 1818 2196 2572 2960 667 13192 M56-6210 598 951 1459 1851 2235 2629 593 10527 M67-7199 570 1050 1456 1851 2250 509 7885 M78-8190 640 1061 1466 1871 425 5654 M89-9230 666 1082 1492 341 3811 M910-10222 649 1066 247 2183 M1011-11216 639 152 1008 M1112-12213 58 271 M1213-1311 11 M13图4-2 威远港口桥用临时斜拉索辅助合拢图图43 9m塔高800t索力合拢弯矩M SZ图44 威远港口桥悬臂施工弯矩比较图5 大跨梁桥合拢措施大跨梁桥在双悬臂施工后进行跨中合拢，通过体系转换后才能形成连续刚构桥。本节论叙这个过程中所能采取工程措施，如：跨中对顶、张拉下缘预应力索以及引入体外索等等。5.1 跨中对顶合拢 砼徐变缩短的消除方法。砼徐变是指混凝土在恒定荷载长期作用下，变形随时间而增长的现象。砼徐变的方向与结构的初始状态有关。如果施工状态结束后连续梁自重状态就存在不平衡弯矩Mg（即存在初始转角），这样在若干年后所发生的砼徐变也必然沿着已留有的转角方向发生应变（即产生徐变挠度）。如果有意识设计不同阶段的预应力索所产生的弯矩MT与相应阶段的恒载Mg相反，基本做到连续梁各阶段恒载弯矩接近零（截面上下缘应力基本相等，即各截面转角也为i0），就使若干年所产生的砼徐变仅发生轴向缩短而不产生下挠。对于砼徐变的轴向缩短问题，多年实践表明：在合拢前跨中设置千斤顶，将连续刚构合拢段两端适当的顶开，产生一个与将来砼徐变收缩相反的水平位移，就能大大地消除了箱梁砼徐变的轴向缩短。“跨中对顶”工艺。从改善桥墩受力、消除温度影响和减小混凝土后期徐变等角度考虑，将千斤顶放置在顶板与放置在底板没有多大差别。为了避免产生横桥向的弯矩，千斤顶在设置时还应该注意均衡对称，顶开时也应同步进行。跨中对顶力取决于消除混凝土徐变和二期恒载以及合拢温差等对桥墩影响程度等因素。施工中应注意在跨中用千斤顶边顶，边观测桥墩水平位移，理论上以顶开力和顶开量双控。a、从补偿合拢温度等因素考虑，应以顶开量控制为宜。b、从改善活载和二期恒载的桥墩受力和对后期混凝土收缩角度考虑，应以顶开力控制。c、从结构安全角度出发，一般推荐以顶推力大小控制。 国内多座桥“跨中对顶”实践a、云南红河大桥（58m182m265m194m70m）系五跨连续刚构桥。为减小跨中长期挠度及桥墩身内力调整时，在拱顶安置2台千斤顶施加3000KN水平力；如图4-2。顶推力的施加方法是：在次边跨合拢前，用千斤顶在主梁悬臂端部施加一对2000KN的水平推力后焊接劲性骨架，将顶推力永久存储在主梁内，进行次边跨合拢，最后张拉次边跨底板钢束。中跨合拢前，在主梁悬臂端部施加一对3000KN的水平推力，中跨合拢，张拉中跨底板预应力。b、贵州六广河大桥（145m+240m+145m）三跨连续刚构，在拱顶施加200t水平力，使边墩产生1.4cm位移，相当降温15的效果。c、龙溪河大桥（140m+240m+140m）三跨连续刚构，在中跨合拢时在顶板上设置了两个千斤顶，以顶开力控制。拱顶施加100t水平力，相应顶开量为1.5cm。图5 红河大桥5.2 张拉下缘预应力箱梁从双悬臂形成连续梁计算图式是通过张拉跨中箱梁下缘的预应力来实现的。箱梁下缘预应力的大小按照零弯矩理论是针对箱梁自重恒载、二期恒载及其活载中均布荷载而设计的，（最好不涉及移动的集中活载）。目标是尽量使各阶段的恒载对结构产生的弯矩予以消除。如图6 跨径100m以内的梁桥。只要在跨中箱梁下缘布置足够多的预应力，就能够在跨中实现正弯矩恒载零弯矩，以减少后期挠度。在布置下缘预应力时候，应尽量使其靠近腹板的位置布置。减小钢束的平弯程度，以较短的传力路线分布在全截面上，有利于降低应力传递过程中局部应力的不利影响。另外，预应力尽量采用大吨位索来减少总根数方便施工。应注意到不要将预应力均匀布置于全宽箱梁顶、底板，这样由于传力不到位，通车后将出现顶、底板产生许多纵向的裂缝，削弱了结构的耐久和安全性能。连续梁（Mg）合拢前（M上）合拢后（M下）图6 张拉下缘预应力形成连续梁 大跨径梁桥措施。跨径加大梁桥的自重恒载弯矩增长快，而限于底板的厚度、钢束的间距等各个因素的制约，设计不能设置更多的底板预应力束。因此可以考虑加大梁高提高惯性矩I来增加预应力弯矩。从使用性能上来讲，最好在箱梁底部设置体外束来补充下缘预应力的不足。箱梁下缘预应力索类型 a、单向布置用于抵消连续梁自重恒载正弯矩Mg(+)的负弯矩结构索。b、与上缘预应力对称布置，以产生轴向压应力储备为主的“中心预应力”。即: N上Z上N下Z下=0, N=N上+N下 , 应力N/AMP/W 应当指出在150m跨径内，常常采用此种“中心配束”方法。其优点是不产生预应力的反拱度，使结构挠度不出现过大的反复。c、合拢后暂不张拉预留在齿板内的预应力束，当桥面浇筑产生二期恒载挠度时再张拉。 d、箱梁内的体外索，一般在桥梁运营若干年后张拉，以恢复下挠。5.3 跨中预压重只要严格按照前述的“分阶段的恒载用分阶段预应力设计来实现恒载零弯矩”理念，就能够使运营后砼的徐变引起的次内力大幅度的减少，即成桥后持续挠度得到控制。实际上由于计算误差、施工质量及混凝土龄期等诸多不确定的因素，要完全控制跨中不产生下挠是很难做到的。因此提出一种跨中预压重的措施来控制跨中的标高。施工中预压重的施加应与张拉下缘后期索相配合。 置换原理。众所周知徐变收缩它是混凝土固有的一种特性，它不是一种力。但是，它产生的跨中下挠的效果与在结构正弯矩区上施加均布荷载产生挠度的效果很相似，可以等代置换。两者唯一不同在于徐变收缩是一个长期的渐变的过程，而施加均布荷载是一个短期的过程。我们可以在中跨和边跨正弯矩区用等代均布荷载（一般采用沙砾或小粒径石块）去置换徐变效应。即等代均布荷载的量值以其产生的挠度值与设计需要控制10年以内的长期挠度值相当，然后设计中考虑相应量值的跨中反向预应力弯矩去平衡它。即设计预应力产生的反弯矩恰好能平衡砼徐变阶段产生的挠度。预压工序。如图7a、先将设计梁体内预留一年后（或竣工验收时）补拉的体内预应力或体外索提前进行张拉。当梁产生上挠后再在箱内预压砂袋，使跨中挠度回到张拉前标高。b、随着时间的推移，当跨中开始发生较大挠度时，及时将箱梁内的沙砾或石块抛出，从而使桥面的标高与设计标高不发生变化。 a 提前张拉预应力，同时箱内压重，始终梁面设计标高不变b梁徐变下挠，逐年抛箱内压重（梁上翘），两者同步，梁面标高不变。 图7 跨中预压重、抛重工艺54 持续下挠的综合措施 综前所叙，在大跨梁桥中要控制好后期挠度，除满足强度和安全要求外，还要专门进行挠度设计。现以某海湾270m的连续刚构桥在不同施工阶段的挠度分析为例，如图8。、按常规跨中梁高Ds5m，悬臂施工产生f2-24cm，已超过本文建议的L/1200=22.5(cm)，因此必须采用特殊措施来减少初始挠度的绝对值。图8 特大跨刚构桥挠度设计 内力（挠度）工况 序梁高D4.5mD7m弯矩M（t.m）预应力（t）挠度f（cm）挠度f（cm）1箱梁自重-386，000（G=433817）-24-182上缘预应力335，00047，3463临时斜拉索56，7002，10026204体系转换51，000-6.0-4.05下缘预应力43，20015，2108.37.56后期均布g9t/m-647，000/9,200-12.5-9.2合拢前71+2悬臂施工-24-188（1+2）+3有斜拉索2.02.0运营后9（1+2）+（4+5+6）常