大跨径梁桥长期挠度的控制

1、PAGE PAGE 78“大跨径梁桥长期挠度的控制”目录 绪 论1.1大跨跨梁桥发发展概况况331.2大跨跨梁桥长长期挠度度的问题题41.3 两两种不同同的预应应力设计计观点61.4“零零弯矩”理论工工程实例例81.5 本本课题研研究的主主要内容容111第二章 长期挠挠度成因因及控制制2.1传统统预应力力设计观观点存在在问题122 2.2 预预应力“零弯矩”理论的的深化1152.3体外外索的引引进16 2.44 抗弯刚刚度EJ的选择择17第三章 箱梁的的悬臂施施工3.1湘潭潭湘江二二桥实例例193.2南昌昌赣江西西支特大大桥223.3 苏苏通75m连续梁梁方案 2333.4苏通通2688m连续

2、刚刚构桥26 连续刚构构桥 44.1 跨中对对顶合拢拢30 44.2 箱梁下下缘预应应力张拉拉合拢32 44.3 体外预预应力索索 333 44.4 跨中预预压重 355第五章 工工程实例例 55.1 苏通大大桥辅航航道桥概概况 37 55.2 结构复复算 41 55.3 控制措措施 44 55.4 临时斜斜拉索辅辅助合拢拢 455 55.5 体系转转换合拢拢后连续续刚构49 55.6综合控控制新方方法51 第六章 结束语552第一章 绪绪论 1.1 大大跨梁桥桥发展概概况 自二十世纪纪五十年年代中期期在德国国莱茵河河上采用用悬臂施施工法建建成Benndorrf桥以来来，悬臂臂浇筑和和悬臂拼拼

3、装工艺艺得到不不断改进进、完善善和推广广应用，从从而使得得预应力力混凝土土梁桥成成为许多多国家广广泛采用用的桥型型之一。六六十年代代以来我我国开始始修建带带挂孔的的T构，其其代表如如重庆长长江大桥桥（1700m），由由于T构接缝缝、跳车车、漏水水和行车车不平顺顺，已不不适用于于高等级级公路。进进入八十十年代被被预应力力混凝土土连续梁梁代替，其其代表为为湖南常常德沅水水大桥（1200m跨，20m宽单箱箱梁）和和广东九九江二桥桥（1600m悬拼），目目前最大大跨径为为南京长长江二桥桥南汊桥桥（1655m连续梁梁）。19885年开工工的广东东洛溪大大桥（1800m）是中中国第一一座连续续刚构；198

4、88年底建建成以后后显示了了连续刚刚构桥的的优越性性能，它它跨越能能力大，施施工中无无需体系系转换，不不需要大大吨位支支座，因因此在全全国大跨跨领域桥桥中迅速速推广。2000m以上的的跨径连连续刚构构桥近20座，在在当今世世界跨径径大于2400m的特大大跨径梁梁桥中，我我国占大大多数以以上（如如表1-1）。现现对几座座典型桥桥梁情况况简介如如下：1、湖北沙沙洋汉江江桥，于于19885年建成成。主桥桥为8跨一联联的预应应力混凝凝土连续续梁桥，跨跨径为62.4+661111+662.44m，长7922m，桥宽12m。上部部构造为为单箱，梁梁高根部部6.00m，跨中3.00m。桥墩墩设两个个2000

5、0t盆式橡橡胶支座座。采用用C40混凝土土，24丝5mm高强钢钢丝束，弗弗氏锚具具，悬臂臂浇筑利利用斜拉拉移动式式支架施施工。全全桥包括括引桥总总长18118.55m。该桥是是我国首首座跨径径过百米米的连续续梁桥。2、19887年建成成湖南省省常德沅沅水桥。桥桥全长14007.886m，主桥桥为84+31120+84mm预应力力混凝土土连续梁梁桥。本本桥是国国内首座座20m的单箱箱梁桥。梁高根部6.8m，跨中3.0m。双向预应力配筋，采用大吨位XM锚具。箱梁采用悬臂浇筑，每个桥墩设4个2000t盆式橡胶支座。3、广东省省洛溪桥桥于19888年建成成，为我我国建造造的第一一座预应应力混凝凝土连续

6、续刚构桥桥。桥全全长19116.004m。主桥桥为65+1255+1880+1110mm。长4800m，桥宽15.5m，由单单箱组成成。梁高高3.010.0m。桥墩墩为双薄薄壁柔性性墩，2.220880箱型截截面，高高29m。主梁梁采用三三向预应应力，VSLL7丝钢绞绞线系统统，纵向向束用31根12.8mmm钢绞线线，张拉拉力42775kNN，钢丝最大长度度逾1900m。主梁梁施工采采用悬臂臂浇筑，65m和1100m两边跨跨先合拢拢。然后后1255m和1800m两跨同同时合拢拢。该桥桥的建成成促进了了我国连连续刚构构桥的迅迅速发展展。4、湖北省省黄石长长江大桥桥于19995年建成成。全桥桥长2

7、5880.008m。主桥桥为1622.5+32245+1622.5mm，五跨跨一联预预应力混混凝土连连续刚构构桥。桥桥面宽19 .5mm,梁为单单箱单室室，根部部高13m，跨中中高4.11m，三向向预应力力。纵向向预应力力束采用用高强低低松驰钢钢绞线，大大吨位群群锚体系系，张拉拉吨位为为42771kNN。横向向预应力力束采用用54扁锚体体系。张张拉吨位位为5511kN。竖向向预应力力筋采用用32mmm精轧螺螺纹粗钢钢筋，张张拉吨位位为5422kN。主墩墩为双壁壁式，双双壁中心心距为10.5m，墩高44.748.40mm，柔度度满足主主梁伸缩缩变形要要求。悬悬臂施工工挂篮自自重及施施工荷载载控制

8、在在13550kNN以下。该该桥是长长江上第第一座连连续刚构构桥。5、19997年建成成的广东东虎门大大桥辅航航道桥（主主孔2700m）为中国国最大跨跨径连续续刚构桥桥。跨径径为1500+2770+1150mm。桥面面宽33m，由双双箱组成成，梁高高根部14.8m，跨中5.00m，采用用三向预预应力。箱箱梁采用用悬臂施施工，分分为31段，每每段重2388t。桥墩墩为双柱柱式空心心墩，高高约30m，采用用提升模模板施工工。主梁梁于19996年5月合拢拢。1.2 大大跨梁桥桥长期挠挠度的问问题 但是近200多年来来，不少少大跨径径梁桥先先后出现现持续下下挠的现现象。19995年建成10660m一联

9、、主主跨2455m的黄石石长江大大桥，通通车运营营以来跨跨中下挠挠已达32ccm。主跨2700m的虎门门大桥辅辅航道，从1997年建成通车以来跨中下挠已达20cm。广东省南海金沙大桥主桥（66m+120m+66m）预应力混凝土连续刚构，使用不满9年，跨中梁体产生严重下挠。同时，箱梁腹板伴随着出现大量斜裂缝56。一些省市主主管部门门及时地地进行了了加固处处理。但但是，加加固旧桥桥的费用用也是很很可观的的。一般般而言，加加固原有有桥梁的的费用一一般约占占新建桥桥梁费用用的1020%（双曲曲拱桥加加固改造造费用则则为新建建桥梁的的2040%）7。不同跨径桥桥梁跨中中下挠平平均速率率，从国国内一些些大

10、跨梁梁桥的实实测记录录分析如如下：L10001600m f徐0.51cmm/年L16002200m f徐12cmm/年L22002700m f徐23cmm/年表11 2400m以上连连续刚构构桥一览览表序号桥名国家建成年跨径截面备注1斯托马桥挪威199894+3001+772单室箱主跨中部1182mm用轻质质砼；边边跨梁内内填砾石石2拉夫特桑德德特大桥桥挪威199886+2002+2298+1255单室箱桥在R30000mm平曲线线上，中中部2244m轻质砼砼，边跨跨压重3虎门大桥辅辅航道桥桥中国1997150+2270+1500双单室箱桥在R=770000m平曲线线上，C55砼4苏通长江大大

11、桥辅桥桥中国2006140+2268+1400双单室箱(在建)跨跨中设体体外索5云南元江大大桥中国200358+1882+2265+1944+700单室箱桥高1633m6门道桥澳大利亚1985145+2260+1455单室箱边跨悬出与与引桥相相连7宁德下白石石大桥中国2003145+222660+1145双单室箱梁底用1.6次抛物物线8泸州长江二二桥中国2002150+2252+55单室箱边跨重力式式锚碇桥桥台，C60砼9Schotttwiien桥奥地利1989250单室箱四跨连续刚刚构10Doutoor河桥葡萄牙1991250单室箱双线铁路11重庆黄花园园大桥中国1999137+332550

12、+1137双单室箱连续长度110244m12马鞍石嘉陵陵江大桥桥中国2001146+332550+1146双单室箱双幅，连续续长度10442m13宜水路金沙沙江大桥桥中国2005140+2249+1400单室箱（在建），C65砼14黄石长江大大桥中国1995162.55+32455+1662.55单室箱连续长度110600m，C55砼15江津长江大大桥中国1997140+2240+1400单室箱C50砼16重庆嘉陵江江大桥中国1997140+2240+1400双单室箱, , 17重庆龙溪河河大桥中国1999140+2240+1400双单室箱18贵州六广河河大桥中国2002145+2240+14

13、55双单室箱桥墩高733m和90mm大跨梁桥跨跨中下挠挠和开裂裂影响了了桥面的的平整度度和结构构的耐久久性。控控制长期期下挠是是我国预预应力砼砼连续梁梁（刚构构）桥当当前亟待待解决的的难题。由由于它是是一门十十分复杂杂的学问问，国内内工程界界已从不不同的领领域采用用过不同同的方法法进行过过很多研研究，但但至今奏奏效均不不大。我我国桥梁梁建设大大好形势势迫切需需要新思思维的产产生，要要对当前前大跨梁梁桥工程程控制的的理论所所存在的的问题进进行反思思，对传传统设计计方法的的错误勇勇于更正正。要打打破规范范、解放放思想、与与时俱进进提出解解决长期期下挠问问题的新新途径。对于跨中设设在双坡坡竖曲线线范

14、围内内的大跨跨连续梁梁桥，其其跨中下下挠只相相当于增增大竖曲曲线的半半径R而已，在在外观上上不会出出现突变变。但苏苏通大桥桥辅航道道桥处于于1.5的单单坡上，如如果跨中中在建造造时产生生过大的的抬高、运运营后又又发生过过大的下下挠，两两者都将将破坏全全桥线型型的平顺顺，影响响高速行行车的舒舒适性。业业主要求求确保桥桥面的标标高都统统一在1.5单坡坡上，是是该工程程的难点点所在。为为此苏通通大桥主主管部门门对2688m连续刚刚构辅航航道桥跨跨中将发发生长期期挠度的的问题特特别重视视，力求求使跨中中长期下下挠的历历史在苏苏通大桥桥辅航道道2688m桥跨不不再重显显。本课课题配合合这种需需要进行行控

15、制大大跨梁桥桥长期下下挠的专专题研究究。1.3 两两种不同同的预应应力观点点众所周知，不不同观点点的预应应力设计计直接影影响到结结构施工工和成桥桥以后的的状态。通通常由于于设计预预应力设设计的原原因，在在建造结结构的过过程中就就存在不不平衡内内力，那那么在双双悬臂结结构中必必然产生生初始挠挠度，采采用预拱拱度的做做法只能能暂时的的减小施施工合拢拢前的挠挠度。由由于该不不平衡内内力在预预拱度中中并不能能消除，所所以合拢拢后布平平衡内力力连续梁梁中又产产生后期期挠度fg。随着着时间的的增长，砼砼徐变也也沿合拢拢前存在在初始状状态转角角将产生生后期挠挠度ft，这就就是大跨跨梁桥发发生长期期下挠的的原

16、因所所在。当今关于悬悬臂施工工大跨梁梁桥预应应力设计计，有两两种截然然不同的的观点。1.3.11 传统预预应力设设计观点点在刘效尧、赵赵立成主主编的公公路桥涵涵设计手手册梁梁桥（下下册）中中9，指出出预应力力配索的的体系选选择依据据：预应应力束应应根据最最不利荷荷载组合合下的弯弯矩、轴轴力、剪剪力包络络图（不不含预应应力及相相关内力力）进行行预应力力筋的合合理配束束。在大大跨径预预应力混混凝土连连续梁中中，其体体系转换换后的结结构重力力或一次次落架的的结构重重力产生生的内力力一般均均超过总总内力的的50，故故建议按按成桥后后的结构构重力与与荷载内内力相组组合进行行预配预预应力钢钢束，计计算其预

17、预应力损损失及弹弹性次内内力后，再再根据全全桥最不不利内力力组合（含含预应力力及相关关内力）进进行调整整或验算算。传统观点以以强度为为目标控控制设计计选择成成桥后运运营状态态（连续续梁）为为基本图图式（按按最终状状况的一一次落架架状态），通通过运营营状态的的内力包包络图，按按保留一一定压应应力储备备原则来来设计梁梁体内的的预应力力索。为为了控制制施工中中梁顶面面的标高高符合设设计线形形，通常常采用“挠度反反向设置置法”（即预预拱度）。在在双悬臂臂施工中中，梁的的安装标标高还要要根据分分块施工工预应力力大小以以及梁段段标高实实测情况况，通过过复杂的的工程控控制计算算来确定定。总之，从传传统的预预

18、应力设设计观点点可以看看出，它它们均是是采用内内力包络络图进行行控制设设计的。由由于该观观点被列列入设计计手册和和规范，所所以运用用该方法法设计的的梁桥占占到绝大大多数。但但是，正正是采用用传统的的预应力力设计观观点，却却出现了了成桥若若干年后后跨中持持续下挠挠的现象象。1.3.22 预应力力的“零弯矩”设计观观点1988年年范立础础院士主主编预预应力砼砼连续梁梁书中中301页中，提提出一种种减少由由混凝土土徐变引引起次应应力的途途径110：可以选选择预加加力引起起的弯矩矩，使它它刚好抵抵消建造造过程中中产生的的弯矩，这这样就可可使徐变变对结构构的影响响予以消消除。新观点以挠挠度为目目标控制制

19、，由于于不设预预拱度桥桥梁线型型始终不不变。其其特点是是用预应应力的配配置来抵抵消悬臂臂施工自自重弯矩矩Mg为准，当当施工中中梁各截截面恒载载弯矩MiMtMg0时，即即消除了了挠度和和梁初始始转角。这样样当砼徐徐变发生生时，梁梁体仅有有轴向位位移而不不产生挠挠度。在80年代代末期在在修建洛洛溪大桥桥1800m连续刚刚构的同同时，国国内广东东和湖南南省一些些工程师对“预拱度度法”提出质质疑。认认为预抬抬高不能能解决力力的平衡衡，因此此不能消消除合拢拢后箱梁梁后期的的继续下下挠。在在他们主主持的设设计中采采用了预预应力“零弯矩”的观点点。修建建了近十十座连续续梁桥，都都取得了了方便施施工、简简化工

20、程程控制和和后期下下挠较小小的效果果。由于于我国连连续梁桥桥修建历历史不长长，两种种观点对对后期下下挠的效效果一时时分辩不不出，对对方争议议时间达达十年之之久。20004年被认认为设计计和施工工质量都都很好的的广东虎虎门大桥桥辅航道道桥（2700m）下挠21ccm并发现现裂缝的的事实震震警了桥桥梁界，促促使大家家对传统统方法进进行反思思。因此此本文着着重介绍绍大家都都不熟悉悉的“零弯矩”观点，通通过认真真的研讨讨和深化化，为控控制大跨跨梁桥长长期下挠挠问题找找到一条条新路。1.4“零零弯矩”理论工工程实例例1.4.11、19889年在广广东佛山山石南大大桥（1300m连续刚刚构）。为为了充分分

21、利用广广东九江江大桥剩剩余100多吨7进口平平行钢丝丝，专门门研制了了新型77平行钢钢丝群锚锚（DXFFM211）锚具具来代替替昂贵的的钢绞线线J15.24（当时90000元/吨）和VSL锚具。由由于7平行钢钢丝不宜宜平弯，故故预应力力全部采采用了直直索，并并运用了了“零弯矩”理论。为为此专程程请教了了同济大大学。在在范立础础院士的的指导下下，终于于在中国国首例完完成按“预应力力零弯矩矩理论”设计的的连续刚刚构桥。石石南大桥桥19991年建成成通车，运运营至今今情况良良好，拱拱顶下挠挠甚少，经经检查无无裂缝。1.4.22、19993年建成成湖南湘湘潭湘江江大桥是是我国首首座采用用“连续千千斤顶

22、”做起重重设备的的拼装连连续梁，桥桥跨6990m，单箱箱宽20m，吊重1000t。考虑虑到四个个桥墩8个面均均共用一一套模板板，故要要求预制制、拼装装和运营营三个阶阶段的梁梁面标高高一致，所所以施工工中预应应力设计计改用“零弯矩”理论配配索，不不设“预拱度”。实施施中各梁梁块高程程误差小小于5mm，90m跨中合合拢高程程误差为为 3mmm，如此此高精度度是前所所未有的的，显示示了新理理论的威威力。19993年12月湘潭潭二桥提提前建成成通车，二二年后复复测跨中中挠度无无变化，而而将原留留在跨中中下缘的的预应力力备用索索取出。施施工情况况详见文文献111 ，如图1-1和1-2。从湘湘江二桥桥开始

23、，我我国连续续梁桥采采用先进进的“预制拼拼装工艺艺”得到推推广。1.4.33为了充充分利用用基础工工程所设设置的缆缆索起重重机，湖湖南省三三座连续续梁桥都都采用预预制拼装装新工艺艺来加快快工程进进度。这这些桥由由于预应应力按悬悬臂图式式零弯矩矩理论设设计，不不设预拱拱度，工工程控制制十分简简便，均均由施工工单位进进行。如图1-33、19994年建成成安乡大大鲸港大大桥（8550m，双幅幅） 11-4、19996年建成成益阳资资江二桥桥（6880m，双幅幅） 11-5、19998年建成成常德石石龟山澧澧水大桥桥（4880m，桥宽10m）文献122113也也介绍了了广东省省多座悬悬臂施工工连续梁梁

24、桥的所所采用分分阶段配配索方法法：即悬悬臂施工工阶段“按零弯弯矩”平衡配配索，合合拢后所所配置后后期索满满足使用用阶段无无拉应力力，最后后配置竖竖向预应应力满足足抗剪要要求，这这样有利利于控制制施工挠挠度和减减小长期期徐变变变形。根根据文献献中的介介绍，在在某47mm+700m+445m三跨连连续梁的的工程实实践中取取得了较较好的效效果。图1-1. 900m桥跨、20m宽箱按按零弯矩矩设计悬悬拼图1-2. 690mm跨湘江江二桥建建成图1-3. 88500m缆吊拼拼装的大大鲸港大大桥图1-4. 66800m悬吊拼拼装的益益阳大桥桥图1-5. 480mm缆吊拼拼装石龟龟山大桥桥1.5 本本课题研

25、研究的主主要内容容为探索上述述问题，本本人在总总结前人人研究成成果的基基础上，从从调整结结构预应应力设计计、改善善结构受受力状况况的角度度出发，力力求从在在以下几几方面做做较深入入的研究究，以期期获得控控制长期期挠度的的实际应应用价值值的结论论：一、对传统统预应力力设计观观点进行行反思，找找出它产产生长期期下挠的的根源。二、将“零零弯矩”的设计计观点进进一步深深化，使使之更加加全面和和完善。对对于特大大跨径梁梁桥还要要特殊设设计。同同时提出出一些主主动、有有效的控控制长期期挠度的的新措施施。三、结合正正在建设设中的苏苏通长江江大桥辅辅航道桥桥（跨径径组合1400m+2268mm+1440m连续

26、刚刚构桥），对对传统方方法产生生的长期期挠度和和按新观观点所控控制长期期挠度进进行比较较。第二章长期期挠度成成因及控控制 从第一章章我们认认识到有有两种不不同的预预应力设设计观点点。预应应力的设设计直接接影响到到结构施施工和成成桥以后后的受力力与线型型，并与与运营中中长期挠挠度的控控制是息息息相关关的，因因此它也也是解决决长期下下挠的根根源所在在。从这这个意义义上说，只只要对预预应力进进行了合合理的设设计，就就能够从从源头上上解决问问题。本本章从传传统预应应力设计计观点进进行分析析中找到到大跨梁梁桥产生生长期下下挠的原原因。通通过对“预应力力零弯矩矩”设计理理论的深深化，为为控制长长期挠度度的

27、增长长找到新新的途径径。2.1 传传统预应应力设计计观点存存在问题题2.1.11图式。传传统预应应力混凝凝土梁桥桥配索设设计，所所选基本本结构是是桥梁最最终状态态运营状状态的连连续梁图图式。先先假定在在支架上上浇筑箱箱梁,按一次次落架计计算连续续梁恒载载弯矩Mg。其特特点是恒恒载弯矩矩图比较较缓和，与与悬臂梁梁弯矩M0相较，正正、负弯弯矩绝对对值均更更小（支支点负弯弯矩M约为2 MM0/3，跨中中正弯矩矩M约为M0/3）。再再计入活活载、温温度、混混凝土收收缩等因因素，作作出运营营状态的的总弯矩矩M包络图图，由此此配好连连续梁内内的预应应力索。设设计的原原则是控控制不出出现拉应应力并预预留一定

28、定的压应应力储备备。在传传统的设设计观点点中，对对恒载（长长期持续续荷载）和和变化荷荷载（活活载及附附加力）是是同等对对待的。预预应力的的设计既既要考虑虑恒载又又要同时时考虑变变化荷载载的作用用，这样样使得预预应力的的设计不不能完全全针对起起主导作作用的恒恒载，也也不可能能实现零零弯矩，所所以产生生施工中中挠度是是必然的的。2.1.22预拱度度。为了了控制悬悬臂施工工中梁顶顶面的标标高符合合设计线线形，设设计被迫迫采用设设置预拱拱度的方方法。即即将梁的的下挠值值f反方向向加在预预制厂的的梁底模模板上，使使梁面有有一个抬抬高量，这个个预抬高高称“安装标标高”。施工工线形中中实际包包含了三三种预拱

29、拱度114:恒载预预拱度、活活载预拱拱度和徐徐变下挠挠预拱度度。恒载载预拱度度是指在在桥梁的的架设过过程中预预先将梁梁部结构构设置一一向上的的拱度(计算挠挠度的反反向值)，此外外施工预预拱度还还包括桥桥面和砼砼长期收收缩徐变变挠度。一一般设置置施工预预拱度的的曲线线线形和数数值，是是将从施施工开始始到完工工后一年年左右时时间中，每每一节点点的弹性性和徐变变总挠度度的数据据值反向向设置。活活载预拱拱度则是是考虑到到使梁在在运营状状态时也也能保持持设计线线形状态态，一般般在线路路设计线线形上叠叠加一活活载的反反向挠度度值，也也有的设设计者直直接将这这部分活活载挠度度考虑到到了基本本设计线线形之上上

30、。一般般桥梁结结构取1/2车辆活活载产生生的挠度度值设置置活载预预拱度，连连续梁桥桥的活载载预拱度度稍小一一些。上上叙三种种预拱度度的设置置使问题题变得特特别复杂杂，需要要专门的的机构进进行“工程控控制”。即在施工中中，梁的的“安装标标高”还要根根据分块块施工预预应力大大小以及及梁段标标高实测测情况，通通过计算算来确定定。当使使用完善善的预拱拱度的方方法进行行设计后后，能使使一年后后竣工验验收时的的标高恢恢复到设设计标高高。2.1.33 连续梁梁悬臂施施工中实实际图式式是双悬悬臂梁。其其支点自自重弯矩矩Mg与简支支梁图式式的跨中中弯矩M0的绝对对值相等等。双悬悬臂图式式支点自自重弯矩矩Mg与从

31、运运营连续续梁状态态弯矩MN存在着着一个差差值MeMNMg（为绝绝对值之之差，约约为M0/3）（见见示意图图2-1和2-2）。图2-1 图22-2弯矩差Mee作用在在双悬臂臂梁上，故故必然产产生挠度度f，在相相应的结结构各个个截面上上、下缘缘都存在在不平衡衡的应力力和相应应的初始始转角（见示示意图2-3）。传传统观点点按挠度度反向设设置好预预留图2-3拱度，虽能能做到合合拢时的的梁面标标高符合合设计要要求，但但却不能能消除梁梁内所存存在的不不平衡内内力Me。所以以结构合合拢后弯弯矩差Me仍然作作用在连连续梁体体系上，将将产生相相应的挠挠度f和初始始转角（见示示意图2-4）。很很显然，合合拢后由

32、由弯矩差差Me产生的的总的初初始挠度度图2-4为f+ ff，相应应的总的的初始转转角为+。并且且，随着着时间的的增长，砼砼徐变产产生后梁梁仍能沿沿合拢前前存在初初始转角角的状态态产生后后期挠度度。从我我国大跨跨梁桥长长期下挠挠13cmm/年速度度，可见见后期挠挠度的数数值还是是相当可可观的，它它数倍于于弹性挠挠度。应当特别指指出采用用梁面预预抬高的的老办法法，它并并不能改改变结构构的受力力状况及及其初始始状态，将将必然产产生长期期挠度问问题，应应当抓住住这个问问题的根根源，从从改变传传统的设设计预应应力的观观点入手手，以消消除结构构的不平平衡内力力的手段段来消除除每一个个阶段的的挠度和和初始转

33、转角，达达到控制制长期挠挠度的目目的。2.2预应应力的“零弯矩”理论的的深化湖南和广东东一些桥桥梁专家家在悬臂臂施工所所持的预预应力“零弯矩”设计观观点，从从实际出出发抓住住事物的的本质，通通过预应应力手段段取得了了力学上上平衡，由由此不设设预拱度度，使施施工的立立模安装装标高与与成桥标标高能够够保持一一致。这这样不但但极大的的简化了了工程控控制，而而且实践践证明它它对控制制长期挠挠度的效效果也十十分理想想。零弯弯矩设计计初期它它主要偏偏重于双双悬臂施施工阶段段的预应应力配置置，即使使结构满满足施工工状态恒恒载“零弯矩”的要求求。然而而合拢后后连续梁梁状态中中还有桥桥面二期期恒载和和长期活活载

34、的作作用，它它们在连连续梁上上又产生生新的弯弯矩M，又相相应出现现新的挠挠度，此此时箱梁梁顶、底底板中的的预应力力已对它它们毫无无办法了了，所以以本文要要将“零弯矩”观点进进一步深深化。2.2.11大跨梁梁桥的恒恒载众所周知恒恒载（含含一期恒恒载及其其二期恒恒载）是是大跨梁梁桥的主主要矛盾盾(见表21)11617322，其其弯矩Mg占到总总弯矩M的80以上上，更是是使结构构产生长长期挠度度的主要要方面。由由于传统统的预应应力设计计不是全全部针对对恒载而而设置，它它没有抓抓住这个个的主要要矛盾，就就不能解解决长期期下挠问问题。但但恒载形形成经过过双悬臂臂施工、连连续梁合合拢、桥桥面浇筑筑以及运运

35、营等四四个阶段段。因此此在大跨跨梁桥中中也要分分阶段设设计预应应力，使使其满足足不同阶阶段恒载载“零弯矩”的要求求。应当当特别注注意：在在这点上上它与传传统的“一次性性到位”的预应应力设计计方法是是截然不不同的。 弯总的项目苏通北岸引引桥赣江西支特特大桥苏通大桥辅辅航道桥桥主跨跨径（m）75110268恒载弯矩/总弯矩矩82%85%83%2.2.22恒载零零弯矩原原理为什么恒恒载弯矩矩为零最最终导致致挠度也也为零呢呢？可以以用挠度度计算的的基本公公式来论论证：由由于预应应力弯矩矩MT与自重重弯矩M0相平衡衡，使梁梁内弯矩矩Me0（2-1）图原可出梁度零5 自矩 力 内 M位用中生内采用“零零弯

36、矩”观点设设计预应应力后悬悬臂施工工状态的的内力和和变形就就等同于于满堂支支架整体体建造状状态。所所以合拢拢后恒载载混凝土土徐变的的次内力力值也大大幅度减减少，能能使徐变变的下挠挠值也趋趋近于零零。2.3体外外索的引引进2.3.11连续梁梁（刚构构）合拢拢后，接接着施工工桥面系系g2（二期期恒载）；进入运运营阶段段，还要要承受均均布活载载gp1.005（t/车道）。这这两者统统称为连连续梁图图式的后后期均布布恒载gp，它它将产生生不小的的跨中挠挠度ft，这也也是大跨跨梁桥长长期下挠挠f的一个个主要组组成部分分。无论传统统的“预抬高”和“预应力力零弯矩矩法”都只能能解决合合拢前的的跨中标标高问题

37、题，使其其施工挠挠度绝对对值尽量量少发生生在跨中中。但这这两种手手段都不不能阻止止ft的产生生。苏通大桥桥2688m连续刚刚构，为为了控制制长期挠挠度fp的发展展，在箱箱梁内设设置了体体外索R.如图2-33.如果设设计恰当当，能使使它所产产生的弯弯矩MR恰好和和后期均均布荷载载（Pp）所产产生的Mgp相反，则则实现了了运营状状态的零零弯矩。 图2-3 预应力力体外索索图中符号： 桥面荷荷载g2 箱梁自自重g1 车车道荷载载中的均均布荷载载gp后期总荷载载gg2gp所产生生的连续续梁弯矩矩MpR：体外索索拉力 zz：体外外索到中中性轴距距离 MRR ：体外外索产生生的梁内内弯矩zR2.3.22由

38、图可可见，要要使体外外索产生生比较明明显的效效果，跨跨中的梁梁高Ds应该有有一定的的高度。Ds愈大体体外索弯弯矩MR愈大，效效果愈好好，Ds愈小则MR值小，效效果不明明显。通通过分析析可得到到一个新新概念：即体外外索是解解决桥面面均布荷荷载产生生长期下下挠的一一个重要要方法。2.4抗弯弯刚度EJ的选择择连续梁（刚刚构）桥桥在运营营中随时时间t的增长长将产生生长期挠挠度ft，其值值大小由由前叙（2-2）计算算公式可可见有几几个影响响因素。 ftMeMds/EJ (2-22)前叙的预应应力“零弯矩”方法是是用预应应力手段段MT减少自自重弯矩矩M0使梁内内弯矩Me值降到到最小程程度。但但是无论论如何

39、努努力，由由于构造造、工艺艺等种种种原因，梁梁内的弯弯矩Me在各个个截面总总不能全全部为零零，因此此长期挠挠度ft是不可可避免产产生的。因因此一个个好的设设计是如如何采取取措施，使ft值受到控制。2.4.11梁EJ.在Me值一定定的情况况下控制制ft拱度的的关键因因素是增增大主梁梁抗弯刚刚度EJ。其中E是箱梁梁砼弹性性模量，J是截面面惯性矩矩（JbD3/12）,与截面面高度D3成正比比。所以以要保证证跨中一一定的梁梁高Ds、增大大惯性矩矩J、那么么后期挠挠度ft值就会会急剧减减少，这这比其它它方法见见效得多多。现以以苏通大大桥2688m连续刚刚构为例例，跨中中不同梁梁高在g27（t/m）（桥桥

40、面重）及g2.04(t/m)均布活载的共同作用下g7+29（t/m）如表2-2.表2-2 不同梁梁高ft比较梁高D(mm)惯性矩J(m4)抗弯刚度EEJ （Tm2）1006连续刚构拱拱度ft（cmm）比较4.50mm37.43313112.51005.0453.85518812.1976.1596.36633710.5847.25157.005509.2748.10213.2237468.366注：E33.51066（t/mm2）2.4.22跨中梁梁高及线线型选择择当苏通大桥桥跨中梁梁高D4.550m是按传传统方法法确定的的，高度度偏矮，不不能实现现体外索索张拉使使后期荷荷载g9(tt/m)所

41、产生生的弯矩矩为零。因因此考虑虑加大到到D7.225m时，能能使挠度度减少26。由由此可见见目前箱箱梁底板板惯用抛抛物线型型确定梁梁高的方方法将跨跨中部分分梁的惯惯性矩削削弱过大大，造成成抗弯刚刚度EJ不足。如如果跨中中0.44L部分梁梁高采用用直线形形，加大大EJ则对减减少ft有良好好的效果果。 2.4.33跨中部部分箱梁梁采用预预制拼装装 众所周周知箱梁梁砼的弹弹性模量量E是随时时间增长长而加大大的。目目前在悬悬臂施工工中由于于加入早早强剂使使其强度度三天就就能达到到设计强强度要求求，但弹弹性模量量没有达达到。这这也是造造成挠度度增大的的一个重重要原因因。因此此苏通大大桥要求求砼养护护71

42、0天才能能张拉预预应力，但但影响工工期。一一个较好好的解决决的办法法是跨中中部箱梁梁采用预预制拼装装新工艺艺，将跨跨中直线线设梁体体在预制制场存放放36个月，使使其砼收收缩徐变变提早完完成，弹弹性模量量E也可提提高1030%。这样样使运营营中长期期下挠值值ft也相应应减少1030。第三章 箱梁的的悬臂施施工设计计阶段大跨径梁桥桥通常都都采用悬悬臂施工工工艺，在在合拢前前是最不不利的工工况。前前叙“零弯矩”理论就就是抓住住这个矛矛盾，提提出箱梁梁上缘预预应力弯弯矩MT有意识识地按抵抵抗箱梁梁自重悬悬臂弯矩矩Mg原则设设计。终终使各个个截面所所预留的的弯矩Me（MgMT）甚小小，因此此合拢前前的箱

43、梁梁挠度和和转角均均接近零零；这样样悬臂施施工状况况和满堂堂支架整整体建造造状况是是雷同的的。国内内用这种种理论建建造的连连续梁只只有十余余座，大大多数桥桥梁工程程师都不不熟悉。因因此本章章着重汇汇总四座座实例详详细说明明，然后后进行归归纳小结结箱梁悬悬臂施工工中的预预应力设设计技巧巧。3.1 湘湘潭湘江江二桥实实例湘潭湘江二二桥全长长18330.44m。其中中主跨为为50+5990+550m变截面面连续梁梁，原设设计采用用悬臂浇浇筑施工工。施工工中因工工期需要要将4990m桥跨的的单箱（B20m）连续续梁的现现浇施工工改为提提升千斤斤顶悬拼拼方案（如图21所示）。采用“零弯矩矩理论”的初衷衷

44、是箱梁梁不需设设“预拱度”，全桥桥可以共共有一套套横板。19993年12月湘潭潭二桥在在毛主席席百年诞诞辰前夕夕建成通通车。二二年后复复测跨中中挠度无无变化，并并将原留留在跨中中下缘的的预应力力备用索索拆除。20003年复测测跨中下下挠也无无大变化化，事实实证明了了“恒载零零弯矩”方法能能有效控控制合拢拢后跨中中砼徐变变下挠。3.1.11、箱梁梁尺寸如如表3-1，高5.42.55m，宽20.50mm，腹板板厚从1m变至0.335m；底板板宽度从从8.00m变至9.116m；底板板厚度从从0.666m变至0.225m；顶板板厚度0.5530.331m。截面面面积A19.110.9m22；中性性轴

45、Y上3.0041.003m；惯性性矩J97.6110.41mm4 ，1100m跨径预预制箱梁梁拼装的的自重弯弯矩MgXiPi。施工中中临时支支点最大大弯矩Mg1296688tt.m表3.1、90m连续梁梁悬臂施施工自重重弯矩Mg1节段号MP(t.m)M1(m)ds(m)EI1/(E.I)MPM1dds/(E.II)累加值左边右边左边右边左边右边(t/m22)(m4)(1/t.m2)(cm)(cm)14475695 404.0 4.0 2E+06610.7 10.4 4.28EE-0884.4E-080.0166280062770.02 135121179 844.0 4.0 2E+06611.

46、5 10.7 3.99EE-0884.3E-080.0733088836440.09 127661707 1284.0 4.0 2E+06612.9 11.5 3.56EE-0884E-088026 116831948 16124.0 4.0 2E+06615.0 12.9 3.05EE-0883.6E-080.2333063398110.50 104392004 20164.0 4.0 2E+06618.0 15.0 2.54EE-0883.1E-080.2400475580660.74 92751784 23.5203.5 3.5 2E+06621.5 18.0

47、2.12EE-0882.5E-080.1822756602880.92 81621750 27243.5 3.5 2E+06626.2 21.5 1.75EE-0882.1E-080.1666120035221.09 71351742 30.5273.5 3.5 2E+06632.1 26.2 1.42EE-0881.7E-080.1544154474661.24 63051914 34313.5 3.5 2E+06640.6 32.1 1.13EE-0881.4E-080.1655961165441.41 57752214 37343.0 3.0 2E+06648.9 40.6 9.35EE

48、-0991.1E-080.1677332299661.57 427452884 40373.0 3.0 2E+06655.5 48.9 8.24EE-0999.4E-090.2855429918221.86 327144926 43403.0 3.0 2E+06667.0 55.5 6.82EE-0998.2E-090.3622982227332.22 240585199 46433.0 3.0 2E+06680.9 67.0 5.65EE-0996.8E-090.38669544122.61 160046858 49463.0 3.0 2E+06697.6 80.9 4.68EE-0995.

49、7E-090.4744059989993.08 3.1.22、预应应力设计计单箱梁上上缘宽20ccm，纵向向预应力力全部直直锚在顶顶板上，每每一个截截面共六六孔。设设计预应应力采用用钢绞线线，采用用XM115-112锚具。有有关计算算系数如如下：直径j15.24 ；面积A=11.4ccm2；极限限抗拉强强度maxx18660Mppa18.6t/cm22；单根根钢绞线线破断拉拉力 NmaaxAmaxx26t，考虑虑平弯、竖竖弯等损损失后，使使用预应应力按0.555 NNmaxx计，N0.555 NNmaxx0.55522614.3t=1433KN/束12束1722t/孔 = 2 * GB3 .截

50、面上上缘悬臂臂预应力力有三种种类型，分分六层布布置。预预应力孔孔道中心心距外边边缘距离离a，与中中性轴距距离zY上a，。预应力N所产生生的弯矩矩MNN*z。施工工中临时时支点弯弯矩MN1313350tt.m，大于于悬臂自自重支点点弯矩Mg1296688tt.m，为自自重弯矩矩的1055.6%。由自自重及其其预应力力弯矩图图可知（见见图3.1），原原设计所所配置的的上缘预预应力所所产生的的正弯矩矩能够完完全抵消消自重的的悬臂负负弯矩，并并且还留留有一定定的富余余，因此此施工时时箱梁体体产生小小于1cm的上抬抬挠度。图3.13.1.33施工中中要点（详详见文献献 ）、分段.预制块块以1000t重量

51、为为准，调调整各段段长度。、块缝.采用干干、湿混混合型式式：即腹腹板为预预制齿块块用环氧氧树脂胶胶粘缝。顶顶、底板板留有0.550m槽口，箱箱块合拢拢的当天天晚上焊焊接钢筋筋，用微微膨胀砼砼填槽。这这种方法法适合木木模板、预预制精度度不高的的桥梁。由由于顶、底底板属于于钢筋砼砼，整体体性得到到保证，防防水性能能好。、固定.箱块吊吊装就位位后，先先用临时时精轧螺螺纹钢32张拉固固定（上上4下2），然然后脱吊吊钩穿纵纵向预应应力，张张拉后移移动挂篮篮。、调力.每两块块箱梁顶顶面对应应纵向预预应力锚锚头处留留两个3080ccm的槽口口。当因因纵向预预应力过过大箱梁梁上抬量量超过2cm时，可可留此孔孔

52、不张拉拉。以后后如箱梁梁下挠时时可回头头用YC20小千斤斤顶采用用分索张张拉法补补拉。采采用上叙叙办法调调整上缘缘预应力力的大小小。、标高控控制.采用“直接错错位法”，即降降预应力力孔道由由8cm加大至10ccm，拼装装时误差差如在1ccm范围内内可用提提升千斤斤顶直接接升、降降箱块，使使其与设设计标高高相符。、吊装速速度.一个桥桥墩2块/天，总总平均速速度（ 孔/月），可可同时两两个墩工工作，每每块工作作周期三三天。3.2 南南昌赣江江西支特特大桥.箱梁尺尺寸.高2.56.33m，宽17.35mm，腹板板厚从0.55m变至0.44m；底板板厚度从从0.666m变至0.225m，顶板板厚度0.

53、226m。截面面面积A19.110.9m22；中性性轴Y上3.0041.003m；惯性性矩J97.6110.41mm4.1100m跨径连连续梁现现浇，自自重弯矩矩MgXiPi。施工中中临时支支点最大大弯矩Mg1394415tt.m.主梁纵纵向预应应力布置置，顶板板纵向预预应力采采用“平弯”方式在在腹板顶顶部锚固固，一个个截面共共六孔。设设计预应应力采用用钢绞线线，有关关计算系系数如下下：直径j15.24 ；面积A=11.4ccm2；极限限抗拉强强度maxx18660Mppa18.6t/cm22；单根根钢绞线线破断拉拉力 NmaaxAmaxx26t，考虑虑平弯、竖竖弯等损损失后，使使用预应应力按

54、0.555 NNmaxx计，N0.555 NNmaxx0.55522614.3t=1433KN/束图3.2、1100m跨箱梁梁悬臂施施工.截面上上缘悬臂臂预应力力有三种种类型，分分六层布布置。预预应力孔孔道中心心距外边边缘距离离a，与中中性轴距距离zY上a。预应力N所产生生的弯矩矩MNN*z。预应应力支点点弯矩MN1483386tt.m，大于于悬臂自自重支点点弯矩Mg1394415tt.m，为自自重弯矩矩的1222.8%。本设设计所配配置的上上缘预应应力所产产生的正正弯矩能能够完全全抵消自自重的悬悬臂负弯弯矩，并并且还留留有一定定的富余余，在施施工时箱箱梁体产产生少量量的向上上挠度（小小于1c

55、m）。注注意到拱拱度计算算中应采采用受弯弯E值。其中：500预应应力砼受受压弹性性模量E3.551004Mpa3.551006（t/mm2），E为受弯弯弹性模模量E0.6625EE0.66253.55100621106（t/mm2）.1100m跨箱梁梁恒重P箱梁53446+桥面90762553t，其中梁梁自重G053446t，占85.5。在在合拢形形成连续续梁状态态后，再再施工的的第二期期恒载（桥桥面系）重G8.245110907t，它仅占恒重的14.5，但要产生后期挠度，可以用张拉下缘预应力索来解决。3.3 苏苏通75m连续梁梁方案3.3.11原设计计复算.箱梁尺尺寸，高高4m，宽16.4m

56、，腹板板厚从0.99m变至0.44m；底板板厚度从从0.88m变至0.225m，顶板板厚度0.225m。截面面面积A3111mm2；中性性轴Y上1.7781.229m；惯性性矩J46.923.3m44.75mm跨径预预制箱梁梁拼装的的自重弯弯矩MgXiPi。施工中中临时支支点最大大弯矩Mg1195570tt.m.主梁纵纵向预应应力布置置，顶板板纵向预预应力采采用“平弯”方式在在腹板顶顶部锚固固，一个个截面共共四孔。设设计预应应力采用用钢绞线线，有关关计算系系数如下下：直径j15.24 ；面积A=11.4ccm2；极限限抗拉强强度maxx18660Mppa18.6t/cm22；单根根钢绞线线破断

57、拉拉力 NmaaxAmaxx26t，考虑虑平弯、竖竖弯等损损失后，使使用预应应力按0.555 NNmaxx计，N0.555 NNmaxx0.55522614.3t=1433KN/束.截面上上缘悬臂臂预应力力有三种种类型，分分六层布布置。预预应力孔孔道中心心距外边边缘距离离a，与中中性轴距距离zY上a。预应力N所产生生的弯矩矩MNN*z。施工工中临时时支点弯弯矩MN1140008tt.m，小于于悬臂自自重支点点弯矩Mg1195570tt.m，仅相相当71.6%。由此此可见按按运营连连续梁状状态所配配置的上上缘预应应力所产产生的正正弯矩，不不能完全全抵消自自重的悬悬臂负弯弯矩，因因此必然然产生下下

58、挠，这这就是问问题的结结症所在在。悬臂臂施工中中弯矩见见图3.3。.75mm跨箱梁梁恒重P33000t， 其中梁梁自重G028000t，占85。在在合拢形形成连续续梁状态态后，再再施工的的第二期期恒载（桥桥面系）重G500t，它仅占恒重的15。从两者重量之比，也可以说明以15的重量所处的图式（连续梁）来“倒拆”85的重量所处的图式（双悬臂）显然是不合理的。图3.3、 755m箱梁用用跨墩吊吊机悬拼拼施工弯弯矩3.3.22悬臂施施工的挠挠度:.弯矩差差Me。将双悬悬臂自重重弯矩Mg和预应应力弯矩矩MN相减 ,可求得得两者弯弯矩差Me。（MeMgMN）施工工中临时时支点位位置MN155662t.m

59、，相当当自重弯弯矩Mg1的28.挠度ff。差值Me具有支支点大，跨跨中小的的特点。这这说明了了设计按按运营状状态（连连续梁图图式）配配置预应应力与实实际情况况（双悬悬臂图式式）不同同所在。由由此所产产生的跨跨中最大大挠度 ff= 式中：500预应应力砼受受压弹性性模量E3.551004Mpa3.551006（t/mm2）E为受弯弹弹性模量量E0.6625EE0.66253.5510062.1191106（t/mm2）各截面惯惯性矩 JJi由于底底板、腹腹板厚度度不同，所所以是一一个变数数。f12 3.547721104/2.191066=0.0166(m)1.6（cm）.按同样样方法可可求得其

60、其他各点点挠度。本桥挠度较小主要原因是跨中主梁截面较高4m(为方便施工，全跨为等截面4m)。应当指出有挠度和转角，砼徐变按此作为初始状态。按10年后f徐等于三倍f12计，则徐变下挠值f徐31.624.86(cm)，相当跨径75m的L/1543,其绝对值十分可观。3.3.33按“零弯矩”设计.如图3-44按设计计所有的的预应力力悬臂索索号、位位置均不不变，仅仅改变每每孔中的的钢绞线线根数，以以满足MeMgMN0的要求求。与原原设计比比较如表表3.2。增减钢绞线线数为（16）根到（5）根。总索力达13842(t),与原设计N0=9865(t)增加40%(但后期跨中正弯矩索可减少)。将零弯弯矩预应应