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1博士研究生专业讲座大跨度预应力混凝土连续梁、连续刚构桥常见病害及防治对策主讲：石雪飞教授学号：0510020141姓名：陈伟学院：土木工程学院桥梁工程系时间：2006，1222006年12月16日下午，桥梁工程系石雪飞教授在桥梁馆一楼会议厅做了大跨度预应力混凝土连续梁、连续刚构桥常见病害及防治对策的专业学术报告，石老师渊博的学识、风趣的谈吐深深地吸引了大家，他把比较复杂的专业问题深入浅出地向大家娓娓道来，觉得受益颇深，下面是对石老师所讲的主要内容的回顾，并结合石老师所讲问题，谈一些自己的想法。报告主要分为五个部分：PC连续梁（刚构）桥的发展、PC连续梁桥常见病害、病害的原因、处治对策和待研究的问题。1．PC连续梁（刚构）桥的发展PC连续梁（刚构）桥是桥梁众多结构形式中运用最广泛的桥型之一，下面分别给出在世界上和中国具有里程碑意义的桥梁名称及建成年代：（1）世界上具有里程碑意义的桥梁及建成年代WormsBridge首创悬臂浇注施工方法1964年BendorfBridge208米1985年GatewayBridge260米1998年StolmaBridge301米2006年石板坡复线340米（2）中国具有里程碑意义的桥梁及建成年代1982年重庆长江大桥178米最大T型刚构1985年沙洋汉江桥111米连续梁首次过百1988年洛溪桥180米，第一座连续刚构1997年虎门大桥辅航道桥270米世界纪录2006年石板坡复线340米在国内，随着经济的强大，交通工程得到前所未有的高速发展，最近20年来，修建了大量的连续梁桥和连续刚构桥，对促进交通事业的发展有重要意义。但随着这些桥梁的建成，越来越多的问题暴露了出来。2．PC连续梁桥常见病害PC连续梁桥中最常见的病害可分为两类：一类是裂缝，另一类是挠度。它们存在于施工过程中，也存在于建成后的长期运营过程中。另外还有一类病害是预应力连续梁特大桥梁体横移与支座偏位病害，以及对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构,由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力,使桥面铺装层受到拉力的作用而产生负弯矩区裂缝,从而造成桥面铺装的损坏。32.1施工过程中的病害（1）施工过程中易出现裂缝的部位：顶板横向、纵向，腹板接缝处竖向，底板纵向，预应力锚头附近，底板分层劈裂（事故）。（2）施工过程中的下挠施工过程中桥梁会出现纵向和横向的下挠，严重影响了桥梁结构的线型。2.2成桥后的病害成桥后出现的病害有裂缝、下挠和桥梁跨塌事故。成桥后的裂缝易出现在：顶板纵向、腹板斜向和底板横向。而下挠则全部是纵向的。若病害严重时，有时会发生桥梁跨塌事故，给人民群众的生命财产安全带来巨大损失。1977年建成的跨度为241米的Koror-Babeldaob桥，在当时是世界是最大跨度的后张法混凝土箱形梁桥，在建成19年后，即1996年9月，发生了跨塌事故，带来巨大损失。在跨塌之前，桥梁刚进行过桥面铺装的更换，并对逐渐增大的中跨的挠度进行调整。在国内，设计使用寿命50年、竣工验收时“工程质量等级优良”的湖北钟祥汉江大桥，仅运行10年便成为“危桥”，2005年9月不得不拆除重建。它是湖北省级公路皂当线上的特大桥梁。1990年10月28日正式奠基，1993年11月18日竣工通车。桥梁总长1584米，宽12米，造价5650万元。交通部公路科研所的检测报告表明，大桥主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，且仍在发展；两个次边跨下挠严重；混凝土劣化严重；箱梁接段质量较差，箱梁顶板开裂渗水；抽查的底板纵向预应力管道未见压浆；预应力钢束有断丝、滑丝现象，部分钢筋锈蚀严重。大桥目前荷载等级远低于原设计标准，不能满足使用要求。图1钟祥大桥桥面部分箱梁被切割运走而根据监测，武汉长江二桥连续梁和刚构也存在结构上的三大病害：连续梁和连续刚构箱梁腹板、横隔板、顶板发现较多裂纹；二是连续梁和连续刚构梁体跨中下挠（向下弯曲）较大；三是存在的裂缝仍在继续扩展，梁体下挠变形持续加大。经桥梁专家反复论证认为，目前武汉长江二桥连续箱梁和连续刚构出现的病害在全国同类型桥梁中具有一定共性，超载是导致跨中下挠和梁体开裂的最主要原因。一方面，长江二桥设计流量为日均6万辆，在实行单双号限制前，该桥日均流量最高达18余万辆。另一方面，由于货车的通行时间为晚9时至次日早晨7时，大量的重载车在此时段内集中4过桥，对桥梁结构安全造成极大伤害。3PC连续梁病害的原因PC连续梁病害的原因应从设计理念、构造设计、施工质量问题及运营中的问题来进行分析。3.1PC连续梁设计理念及存在的问题：PC连续梁设计理念是：（1）预应力只要使混凝土不出现拉应力，（2）预应力抵消大部分恒载弯矩。但在设计时，预应力施加的大小可用预应力度来表示，若预应力度大于1，则是全预应力混凝土。即：1外荷载拉力预应力压力。要使混凝土不出现拉应力，必须保证预应力度大于1。桥梁结构的变形则用预拱度来抵消。但在实际过程中存在下面的问题：（1）徐变次内力难以估计（2）预应力损失难以估计，因此，施加预应力的大小并不能十分准确地确定出来。对另外一个设计理念即：预应力完全抵消外荷载弯矩，其好处是梁处于轴心受压状态，只有纵向变形，但其也存在弱点：费材料。对小路径设计时还比较好办，对于大路径，设计时，预应力刚束在截面上无法布置。由于存在上述问题，其带来的后果是梁的长期挠度大，同时也会带来箱梁的开裂，由于这种原因而形成的裂缝通常是：腹板斜裂缝和底板横桥向裂缝。3.2构造设计错误PC连续梁设计中，通常会存在普通钢筋配筋问题。对于齿板钢筋，有时会存在以下不足：（1）锚固长度不够，（2）钢筋有内折角，通常会造成混凝土拉裂或造成应力集中而使混凝土产生裂缝。对于受压板，其拉筋的设计也十分重要，其设计时会存在下面的问题：（1）没有设拉筋（2）拉筋的设置有误由于存在拉筋设计的问题，通常会引起下面的问题：（1）造成底板纵向裂缝（2）严重时底板崩溃3.3施工质量问题、措施不当（1）预应力施加质量施工预应力时，由于存在多项预应力损失会使永存应力的大小受到较大的影响。对于纵向预应力主要由摩阻损失，而它主要是两项引起：管道不平顺和管道内漏浆，尤其是5管道内漏浆后，会增加磨擦力，大小减小预应力的效能。对于竖向预应力，其损失主要由锚口损失、锚具不垂直和锚具与垫板间有杂物等因素影响，如果竖向预应力的大小达不到要求，则易引起腹板的斜裂缝。对于横向预应力，则存在管道上浮的问题，上浮后，不仅改变了预应力的分布和大小，而且会产生顶板横桥向裂缝。（2）预应力管道灌浆质量预应力管道灌浆主要存在以下不足：灌浆不饱满和忘记灌浆。这样就造成管道内存在水分，造成预应力钢筋锈蚀，从而降低桥梁的耐久性，缩短桥梁的使用寿命。汉江桥经检验，就发现底板束有没有灌浆的钢束存在，造成钢束锈蚀相当厉害。（3）模板刚度对于PC连续梁桥，施工时通常采用挂篮进行悬臂灌注，因此如果挂篮的刚度不够，千万挂篮变形无规律，而且在立模时，若不较好地进行线型控制，会造成节段之间高低不平。同时如果内模刚度不足，则还会形成阶段内高低不平，横坡误差大；而且因模板刚度不足，在灌注混凝土时，模板会产生较大的变形，造成梁体大范围超重，有时可达到恒载的4~5%，抵消1~2Mpa预应力，造成梁体内的实际应力分布与计算模式下的应力分布有较大差异。（4）分层分段问题由于大跨度连续梁桥梁高一般较高，对于120米左右的跨度，支座处梁高可达8米左右，而且梁宽也比较大，因此在浇注混凝土时，通常会采用分层分段来进行浇注。这样就会造成竖向分层间的不同步收缩，腹板后浇混凝土开裂，竖向裂缝；另外在纵向节段间也存在不同步收缩，尤其在出现在0号与1号块，会导致顶板纵向裂缝。因此在预应力混凝土连续梁桥施工时，要注意分层分段的问题，目前在实际施工过程中，通常要求0号块和1号块整体浇注，而且要求混凝土的初凝时间不小于10小时以上，以保证混凝土的浇注质量和梁段间的良好连接。（5）悬臂灌注施工过程中，存在混凝土加载龄期过早近年来，由于施工过程控制不是特别严格，在采用挂篮进行悬臂灌注施工过程中，由于种种原因，导致施工工期和理论工期相差过大，因此在施工时，梁段混凝土过早地加载，如某些桥梁，采用挂篮施工时，5天左右就进行了一个梁段的施工，导致已浇注梁段混凝土的加载龄期过早，从而导致混凝土的收缩徐变加剧的现象，严重影响了桥梁的耐久性，在施工过程中，必须严格避免这类现象的发生。3.4汽车超重近年来，由于交通运输业的迅速发展，汽车运输也越来越多地被运用，由于重型车辆的出现，以及部分汽车的恶意超载，总重量增加了很多，不仅增加梁的总体下挠，而且在梁段的薄弱截面经常出现临时裂缝，横向裂缝，这样就削弱了混凝土的有效断面，导致混凝土内部应力加大。另外如果养护不及时，在雨水的作用下，会锈蚀钢筋，从而对钢筋造成破坏。另外汽车轴重的增加，会导致桥面板局部开裂，出现纵缝，也对桥梁的耐久性造成损6害。4PC连续梁常见病害处治对策4.1施工阶段问题的应对措施针对前述施工阶段的问题，为保证梁的安全，在设计时要合理配筋，同时必须科学施工、提高施工精度，提高预应力施加的可靠性。在提高提高预应力施加的可靠性方面，对于纵向预应力钢筋，可采用塑料波纹管，以降低摩阻损失，避免漏浆，为保证灌浆饱满，采用真空压浆等新工艺，在张拉时，严格双控，达到预应力施加的准确性。对于竖向预应力钢筋，可采用带圆头的锚具，同时进行二次张拉，以保证竖向预应力钢筋中的预应力达到设计要求。对于横向预应力，为防止管道上浮，应多设几道定位钢筋，在设计和施工过程中，要严格实施管道的定位。在合理配筋方面，对于齿板配筋，必须保证锚固长度，对于底板配筋，应设置一定数量的拉筋，防止底板混凝土的分层压溃，竖直保证弧线内侧的保护层厚度，防止预应力钢筋的锈蚀。在科学施工、提高施工精度方面，必须注意接缝安排，在竖向，横向，有接缝的位置适当增加防裂钢筋。同时，要注意工期安排，选择合理工期，注意混凝土养生时间控制，同时注意合拢步骤的安排，保证混凝土在承受外力时，有足够的龄期。在施工机具操作方面，要注意挂篮变形控制——尤其是锚杆的紧固，同时要注意挂篮模板变形控制，保证模板有足够的刚度，避免梁段混凝土的超重和错台现象的发生。4.2运营阶段问题的应对措施针对运营阶段的长期问题，可采用以下方法来解决：a)提高预应力度、改变徐变次内力采用零弯矩配索、减小上下缘压应力差配索，但问题是跨度超过200米几乎无法体内实现，若采用体外预应力，又存在，预应力施加的时间问题，目前这方面还要进行深入研究。采用吻合索配索，对于一次落架连续梁，有徐变，无次内力，易实现，而对悬臂施工连续梁实现吻合索配索，因徐变次内力的存在，有一定的困难。b)施加体外预应力对于新桥，可预留体外预应力转向块及张拉位置，为配置体外预应力做好准备。另外在成桥时压重，以后慢慢取出，这样也可达到施加体外预应力的目的。对于旧桥，可植筋设转向块后，增加体外预应力，但其效果并不理想，一方面体内预应力的效应无法判断，另一方面，植筋进一步造成混凝土开裂。c)限制荷载在限制荷载方面，可设置称重系统，计重收费，尤其是对超重的部分进行加倍收费或多倍收费，这样可有效制止车辆超重，保证桥梁和交通运输的安全。目前全国已经有多个7省实行。d)减轻桥梁重量减轻桥梁重量可采用以下方法：减小跨中梁高，经合理设计，跨中梁高可降低为主跨的1/80；跨中使用轻质材料，如轻质混凝土，在StolmaBridge和RaftSundetBridge已经采用；跨中段采用钢梁，在石板坡复线桥得到运用。e)组合结构桥梁目前组合结构桥梁主要有以下几种形式：腹板、底板采用钢板，而顶板采用混凝土；波折腹板；桁架腹板。f)改变结构体系对于新桥，可采用一种新型的桥梁结构替代，即矮塔斜拉桥，目前也已经实施了一些，如障州战备桥，兰州小西湖桥，均采用此种桥型，而在日本则有更多的例子，目前来看，还是比较成功。对于已经下挠的桥梁，可增加拉索体系，从而使桥梁的结构体系和受力发生变化，达到安全的目的。如国外的PuttesundBridge。5待研究的问题对于PC连续梁桥，其病害的原因及规律还有一些问题