连续刚构桥运营过程中跨中下挠的分析

连续刚构桥运营过程中跨中下挠的分析摘要：对于目前连续刚构桥梁情况，对其运营过程中跨中下挠的变化情况展开了考察，得出了一些原因，也给出了一些对应措施。关键词：连续刚构桥，跨中下挠In the process of the continuous rigid frame bridge operation across the middle and lower torsion analysisAbstract：For the case of continuous rigid frame bridge, in the process of its operations across the middle and lower torsion for inspection, the changes of some reasons, and gives some corresponding measures.Keywords: Continuous rigid frame bridge; Across the middle and lower scratching1 前言最近几十年，连续刚构桥梁在我国发展的速度十分快。由于使用强度高的材料制作混凝土构件，可以大幅度减少截面尺寸，减少结构自重，对实现大跨径要求很有帮助，但正因为如此桥跨的变大，连续刚构桥在预定寿命年限中的问题也暴露出来，一个不可忽视的情况就是由于服役时间的增长，如果连续刚构跨中的大幅度下挠，必然引起桥梁在运作期内引起驾驶人员与乘车人员的不适感，进一步威胁到车辆安全甚至车辆人员的生命安全1。连续刚构桥跨中下挠幅度过大，将导致梁体出现裂缝，对结构整体安全产生威胁，因此大跨径连续刚构桥的跨中下挠问题也成了这种类型的桥梁在建设和发展过程中务必完善的问题。大跨径连续刚构桥的明显病害之一便是跨中下挠问题，从现在来看跨径在80 m到100 m以下的，病害较少；跨径在100 m到160 m之间的，病害多；而跨径在160 m以上的，表现的比较突出。就目前而言，大跨径连续刚构桥梁跨中下挠问题在全世界范围都不容忽视。2 跨中下挠的成因2.1.温差的变化 尤其是由于温度等原因引起的跨中下挠问题，在设计时往往被忽略，或者在设计时用一个常量来代替，导致与真实的温度原因引起的下挠出现出入，个别时候出入甚至不小2。2.2外荷载效应考虑不足 桥梁在运营过程中，外部荷载繁多，有些没有考虑到，有些考虑到了但计算复杂被化繁为简，导致外荷载难免考虑不充分，而外荷载的考虑不充分也给大跨度连续刚构桥跨中带来一些被设计时忽略的下挠情况3。2.3计算方法存在缺陷一般情况下连续刚构桥梁与连续箱梁的计算方法为：桥梁在进行一定的收缩徐变后的恒定荷载+活动荷载+温度等组合造成的组合应力来计算，而事实情况里在实际工程中有部分截面的组合应力效应并非是因为收缩徐变结束时的组合应力值控制，桥梁在进行计算时没有采取应力包络方法来开始检验，进而未能确保桥梁节段施工过程中、合拢前后、活载、温度、收缩徐变、加载二期恒载等所有阶段与它的综合计算得出的最大应力值都被控制在符合要求的范围中4-6。2.4考虑纵向预应力损失时不全面在桥梁设计的时候，必须要考虑到桥梁的各个截面的应力需要留有合理的储备应力，即在使用时在各种荷载的作用下截面的拉应力与正应力都要有足够的储备应力，才能在设计上带来安全的保证7。2.5剪力滞效应与剪切变形考虑不充分连续箱梁与刚构设计理论分析时通常使用梁为单元，忽略了剪力效应。但又由于箱梁腹板一般比较薄，因此箱梁腹板的剪应力非常敏感。因为轴向力最快出现在腹板处，所以由于剪力滞效应，底板出现了变形。对于稍微宽一点的横断面，剪力滞效应非常明显。对于预应力结构，预应力与荷载产生的剪力滞效应有所区别。直线型的预应力筋等不会产生剪力，进而不会出现剪力滞效应的情况，因此在使用有效宽度的方法时必须要考虑到预应力梁实际的受力情况8-10 。2.6设计桥梁时，给予的安全储备低 由于预应力的存在，箱梁内的主应力与拉应力大幅度降低，因此可以使斜截面的抗裂性比一般的普通钢筋混凝土要好。在符合实际情况开始竖向预应力钢筋设计与纵向预应力钢布置的前提下，应该把使用荷载作用下的主拉应力控制在不大于相关规定的混凝土抗拉强度范围内。桥梁如果出现斜裂缝，桥梁的承载能力将会大大降低，更有可能导致突然破坏11,12。2.7箱梁温度应力计算值与测试值出入不可忽视箱梁复杂的温度差对于其应力分布也有不小的影响，许多桥梁由于在计算中取的温差值较低，导致储备应力不够，有可能使箱梁裂开13。我国从20世纪80年代一90年代中测试了多座铁路桥梁的温度应力，结果发现温差分布类似于多次抛物线模式，证明我国目前桥规有点简单化，理论结果准确率控制范围有待提高。2.8施工质量对桥梁运营期的影响由于目前大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工时一般使用悬臂浇筑法，因而竖直方向的接缝质量对桥梁运营期间跨中下挠的影响也应重视。其次在施工的时候，有时候早早的拆掉模具，导致接缝地方的砼的紧密程度不好，也会影响竖向接缝的质量14,15。而竖向接缝的质量好坏在一定程度上回影响桥梁的总体刚度，进而导致跨中下挠。2.9汽车长期超载的影响我国现目前的桥梁运营管理机制尚不是十分完善，在桥梁实际运营过程中，过桥时候的车辆有相当一部分车辆属于超载车辆，显然这部分超载车辆在设计时是没有考虑进去的，在计算时更没有考虑进去16。在桥梁开通运营后，随着时间的日积月累，这部分超载的汽车对大跨度连续刚构桥跨中下挠的影响往往被人忽略，而且后期考虑计算进去的难度也十分大，因此应该引起重视。3 对于跨中下挠的应对方法3.1混凝土的收缩与徐变混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象，混凝土徐变是指混凝土在长期荷载作用下的变形：混凝土在一定的应力水平下，保持荷载不变，随着时间推移而增加的变形称为徐变。目前对混凝土收缩与徐变对桥梁下挠的影响有两种观点，第一种观点认为，梁体的上翼与下翼边缘仅受到大小相等或接近的压应力，梁体在收缩徐变的作用下仅会出现横向的收缩并不会出现下挠。另一种观点认为，梁体的上翼与下翼缘都承受压应力时，梁体在收缩徐变的作用下只会发生轴向缩短，而不会发生下扰。针对混凝土徐变收缩应，设计施工有以下方法：在二期恒载的施工时，进行适当的推延，这样对降低后期跨中变形有积极的影响。桥梁设计时,应充分考虑到混凝土的收缩与徐变产生的挠度17。若工期允许的情况下,进行施工的时候最好让纵向预应力的张拉龄期不低于五天。在进行桥梁设计的同时，要力求让截面的中间部分受压为主,上、下边缘的应力相等或者很接近18。3.2预应力在桥梁施工过程中布置波纹管时,应该尽可能让平弯和竖弯处平滑。在进行灌浆的时候建议使用真空灌浆法。增加顶跨、中跨的备用预应力束,这里的预应力束最好在混凝土完成相当的收缩、徐变后再进行张拉。备用束的张拉可以大幅度减小跨中的挠度,导致极大降低对整个桥梁的应力影响。3.3梁体的整体性刚度挠度的计算与预拱度的设置时需要把荷载的长期效应考虑进去。改进竖向预应力筋的设计方式。竖向预应力筋纵向间距为500 mm1000 mm ,思考到实际进行竖向预应力施工时候的困难，可以对竖向预应力的效果乘以系数0.6再开始计算。还可以使用例如“U”型竖向筋的设计来进一步防止腹板的开裂19-23。适度的增加一下主梁跨中的截面高度。因为有研究表明,适度的提高一下梁跨中的高度对减小下挠与控制提高主梁刚度都有明显的效果24,25。对于一些规律明显的裂缝部位，建议使用更好的钢纤维混凝土。3.4桥梁的超重控制车辆密度较大的桥梁在进行设计时由活载导致的徐变需要考虑进去，否则随着时间的推移，该因素引起的徐变必然量变引起质变26。施工过程中要格外重视箱梁模板的刚度,以免产生胀模而引发自重变大。3.5桥梁施工中控制措施顶推量的大小建议在混凝土收缩徐变完成过后的情况下,按照主墩墩顶的位移接近0的原则确立,在进行顶推工作时,建议以主墩墩顶位移的控制为主,顶推的控制为次。其次在中跨跨中合拢之前 ,应该先让主墩向两岸预偏, 用来降低混凝土收缩徐变对主墩的负面影响27,28。3.6完善计算水平目前的连续刚构桥设计大多都是使用的平面杆系有限元法进行计算，但这和实际上结构的受力存在一些区别。杆系的有限元理论上来说仅能用于杆系统结构，但是目前的大跨径预应力混凝土连续刚构桥大多在施工时使用的是悬臂浇筑法，开始施工时，与其说结构是杆系，不如说是块体单元。圣维南原理指出这种结构的应力分布很难与杆系假设计算的结果对上。由此可见，如果从成桥状态查看结果会好一些。但就目前计算水平来说，就算是成桥状态，也与实际有一些出入，这个问题必定会随着科技的发展而解决29。3.7完善运营管理运营管理虽然与桥梁设计的好坏、施工的好坏没有太大的关系，但正如上面超载车辆对跨中下挠的影响所说，运营管理的好坏对跨中下挠也是十分重要的。应该严格管控车辆的超速与超载，定期对桥梁进行跨中下挠的检测并且建立检测档案，密切关注桥梁的使用情况。4 总结预应力连续刚构桥在一定的场合内算得上一种经济方案不错的桥型,再加上其施工技术安全、可靠,施工时对场地的使用也较小,桥梁运行期间养护费用相对来说不高。因此这种桥型在西部的一些地区有很大的使用前景。由于经济的不断发展,当今世界桥梁的跨径也在不断增大,而跨径的增大，必然会导致出现一些需要我们解决的新问题。预应力损耗与混凝土的收缩徐变效应对桥梁跨中下挠的变化有不小的影响，特别是预应力损失的原因，因此我们在设计施工过程中，务必要高度重视。只要设计方、施工方一起努力,进一步完善目前的理论,提高监督力度,确保作业质量,连续刚构这种桥型必将在我国进一步发展30,31。参考文献(Reference): 1.桥梁工程（上册）（第二版）. 岩土力学, 2014(7): p. 2003-2003. 2.范立础, 预应力混凝土连续梁桥. 1988. 3.陈宇峰, 徐君兰 , 余武军, 大跨PC连续刚构桥跨中持续下挠成因及预防措施. 重庆交通大学学报:自然科学版, 2007. 26(4): p. 6-8. 4.杨志平, 朱桂新 , 李卫, 预应力混凝土连续刚构桥挠度长期观测. 公路, 2004(8): p. 285-289. 5.Baant, Z.P. , S. Zebich, Statistical linear regression analysis of prediction models for creep , shrinkage. 1983. 13(6): p. 869-876. 6.薛伟辰, 李杰 , 何池, 预应力组合梁长期性能试验研究与时随分析. 中国公路学报, 2003. 16(4): p. 40-43. 7.Leal Toledo, R.C. , V. Ruas, Numerical analysis of a least-squares finite element method for the time-dependent advectiondiffusion equation. 2011. 235(12): p. 3615-3631. 8.廖小文 , 崔相奎, 大跨PC连续刚构桥跨中持续下挠成因分析. 泰州职业技术学院学报, 2010. 10(3): p. 72-75. 9.向中富, 桥梁施工控制技术. 2003.10.程海潜, et al., 预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠影响因素分析. 交通科技, 2014(4): p. 24-26.11.程全平, 陈斌 , 靳国胜, 连续刚构桥跨中下挠的影响因素分析及对策. 公路与汽运, 2012(1): p. 139-142.12.Kostov, K.S. , K. Moffat, Cluster Analysis of Time-Dependent Crystallographic Data: Direct Identification of Time-Independent Structural Intermediates. 2011. 100(2): p. 440-449.13.鞠洪海 , 岳英龙, 大跨连续刚构桥跨中下挠敏感性分析. 施工技术, 2009(S2): p. 208-213.14.姚强 , 柯亮亮, 连续刚构桥箱梁应力和跨中挠度与预应力损失的关系研究. 交通世界, 2011(17): p. 182-183.15.许震, 张雪松 , 徐君兰, 连续刚构跨中下挠的参数影响分析. 重庆交通大学学报:自然科学版, 2007. 26(4): p. 9-13.16.高峰立, 连续刚构桥合拢段施工技术. 科协论坛（下半月）, 2007(2): p. 19-21.17.Lukoeviien, O. , A. Kudzys, Analysis of the Time-Dependent Reliability Index for Deteriorating Load-Carrying Members. 2013. 57: p. 714-721.18.Marin, M., F. Asllanaj , D. Maillet, Sensitivity analysis to optical properties of biological tissues subjected to a short-pulsed laser using the time-dependent radiative transfer equation. 2014. 133: p. 117-127.19.申孝昌, 大跨连续刚构桥跨中下挠成因及对策研究. 青海交通科技, 2007(4): p. 24-26.20.苏雨, 浅析连续刚构桥梁跨中下挠的成因及对策. 山西建筑, 2011. 37(7): p. 157-158.21.吴春雷, 连续刚构梁桥跨中挠度控制浅析. 大科技, 2013(12): p. 165-166.22.王盼, et al., 连续刚构桥服役期跨中下挠因素分析. 交通科技, 2013(5): p. 20-22.23.齐东春, 张