劉朝暉

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

在運營一段時間后，大跨度連續(xù)剛構橋梁普遍出現“跨中下?lián)稀焙汀案拱彘_裂”兩個典型問題，下?lián)虾烷_裂還會隨著時間推移持續(xù)發(fā)展，結構安全性、正常使用性能以及后期耐久性難以得到有效保證。國內對于這些病害的系統(tǒng)調查，以及對于材料的時變特性、抗裂設計理論和箱梁變形計算等方面的理論研究都相對缺乏和不夠成熟，給大跨度混凝土連續(xù)剛構橋梁的設計、施工和運營帶來了一定的技術困難[1～2]，成為困擾著橋梁工程界的問題。

針對大跨徑混凝土梁橋跨中持續(xù)下?lián)蠁栴}，即“跨中下?lián)稀眴栴}，本文首先分析下?lián)袭a生的原因，提出設計中應引起重視的關鍵技術問題和相關設計參數；接著根據文獻及實踐經驗，進行了相關研究；最后總結和闡述下?lián)峡刂圃O計方法，探討防止病害發(fā)生的對策措施以期為該類橋梁的設計提供參考，保障橋梁結構的長期使用性能。

1 跨中下?lián)铣梢蚝喪?/h2>

大跨度連續(xù)剛構橋后期下?lián)献冃芜^大，橋面縱坡與設計值相差大，不但影響其外觀，導致行車舒適性差，引起使用安全的危機感，而且對其受力也將產生一定影響。

產生下?lián)系脑蚩蓺w結為：（1）主梁混凝土收縮及徐變。（2）縱向有效預應力降低引起上拱變形減少。（3）梁體開裂導致梁體剛度降低造成后期的撓度增加。（4）由混凝土開裂超限造成的截面剛度削弱增加了結構幾何變位。（5）由施工超方偏差引起的恒載增加引起自重下?lián)显龃?。?）運營階段橋梁的長期超載導致主梁的實際工作狀態(tài)超出原設計正常使用的合理狀態(tài)[2～3]。

1.1 混凝土收縮及徐變

混凝土收縮和徐變是與時間有關的兩種變形作用，混凝土收縮和徐變將直接影響混凝土橋梁的變形、內力重分布以及截面應力重分布。影響混凝土收縮和徐變的主要因素有：混凝土構件理論厚度、環(huán)境相對濕度、混凝土加載齡期和混凝土強度[4]。

相對濕度、構件理論厚度大小、加載齡期早晚和混凝土強度高低與收縮徐變產生變形成反比。

1.2 有效預應力降低

預應力鋼束，這里主要指的是縱向預應力鋼束，對于其實際有效預應力和規(guī)范計算得到的有效預應力有多大的差別，一直缺乏相應的系統(tǒng)試驗研究。但大量運營階段橋梁后期撓度已遠遠超出原設計計算撓度的事實表明，設計階段對預應力損失估計不足。通過分析，主要有以下三方面原因：錨下控制應力不足；預應力的沿程損失過大；關鍵截面縱向預應力有效性的降低是跨中持續(xù)下?lián)献钪饕脑騕3]。

1.3 主梁剛度的變化

造成大跨度連續(xù)剛構跨中撓度過大的重要因素之一就是剛度問題，預應力混凝土主梁的剛度受多種因素影響，且隨時間增長而逐漸降低。尤其是中跨跨中混凝土疲勞導致的梁體剛度降低，直接增加了各種荷載作用下主梁跨中的彈性撓度。

1.4 梁體開裂的影響

箱梁開裂和下?lián)铣３Ｊ恰安l(fā)癥”，是互為因果相互耦合的。梁體開裂后，下?lián)蠙C理會變得比較復雜，加劇主梁的持續(xù)下?lián)蟍1]。

1.5 施工超方偏差的影響

施工超方偏差主要指懸澆節(jié)段混凝土體積超量及橋面鋪裝調平層超量。文獻[5]研究分析了施工超量對于主梁跨中下?lián)系挠绊?，分析結果表明，結構超量會加大恒載撓度和長期徐變撓度，且徐變撓度增長量要大于恒載撓度增長幅度。

1.6 運營期車輛超載

運營期間橋梁的長期超載使梁體的實際工作狀態(tài)超出了原設計的理想使用狀態(tài)，導致橋梁關鍵部位下?lián)现导哟?，甚至出現無法恢復的變形裂縫。

2 控制跨中下?lián)系脑O計方法

針對下?lián)袭a生的原因，通過參閱文獻和設計實踐，控制跨中下?lián)系脑O計方法如下所述。

2.1 總體設計

選取合理的邊中跨比例。連續(xù)剛構橋梁邊中跨比一般在0.52～0.62之間。根據計算分析結果，邊中跨比在合理范圍內偏大一點有利于控制跨中下?lián)稀Ｍ瑫r，在路線縱斷面設計時，跨中位置采用雙坡并設置合適的凸型豎曲線。

2.2 合理成橋狀態(tài)確定

通過設計計算確定合理成橋狀態(tài)，是從設計上解決大跨度連續(xù)剛構跨中持續(xù)下?lián)献钣行ё罡镜姆椒ㄖ弧?/p>

由于受彎構件的徐變變形與初始撓曲的狀態(tài)有關，那么可以通過調整橋梁成橋階段的內力和變形狀態(tài)，來實現預定的理想初始曲率狀態(tài)，達到控制長期徐變下?lián)系哪康?。這種以控制長期時效變形為目標的成橋狀態(tài)，稱為合理成橋狀態(tài)。合理成橋狀態(tài)定義如下：在成橋階段，主梁預應力在抵消自重和二期恒載產生的彎曲效應之后，使得梁體處于恰當的軸壓和彎曲狀態(tài)，使之能夠平衡一定比例的活載、溫度作用效應，以抑制橋梁的長期時效變形[6]。因此，在滿足規(guī)范要求的情況下，控制好主梁關鍵截面的應力狀態(tài)對控制跨中下?lián)现陵P重要。

2.3 合理確定主梁結構尺寸剛度

結構尺寸擬定是否合適，是結構受力是否合理的關鍵。對于跨中下?lián)峡刂苼碇v，合適可行的根部、跨中梁高擬定是重中之重。合適的梁高正是合理主梁剛度的一種體現。

合理的變截面箱梁的跨中梁高與主跨之比一般為1/40～1/60，根部一般為1/15～1/20[7]。實踐表明，在此基礎上根據計算，對于特大跨度橋梁（主跨跨徑150 m以上）建議適當增大跨中梁高有利于提高整體剛度，減少跨中混凝土應力幅并提高其疲勞耐久性能。連續(xù)剛構箱梁的跨中和墩頂截面應力相對容易控制，而距墩頂L/6～L/4附近截面的正應力及主應力較難控制，可通過調整箱梁高度的變化曲線來改善，目前箱梁底緣曲線一般采用半立方次至二次拋物線。

2.4 優(yōu)化預應力鋼束布置

重視腹板下彎鋼束設計。從前期工程案例可知，取消腹板下彎束是導致腹板斜裂縫出現的原因之一。計算分析表明，下彎束抵抗主拉應力、防止斜裂縫的出現是最為有效的方法之一[1]?？v向預應力鋼束下彎到箱梁截面形心附近以提供較大的剪力，對于腹板的主拉應力的控制非常有效。

重視跨中底板合龍鋼束設計。合適的跨中底板壓應力安全儲備是控制抗裂和下?lián)系囊c之一。

重視豎向預應力鋼束設計。計算分析表明，豎向預應力損失對腹板斜裂縫的出現影響顯著，豎向預應力損失過大，引起腹板主拉應力相應增加，導致腹板斜裂縫出現。因此在主梁設計與施工中，需要充分考慮豎向預應力各項損失的存在和影響，并嚴格加強施工質量的管理[1]。目前來看，采用具有二次張拉功能的錨具可以較好解決這一問題。

其他鋼束設計。為了適應移動荷載等反向彎矩的影響，增強橋梁承受疲勞荷載能力，跨中宜設置頂板鋼束。特大跨徑橋為有效控制下?lián)?，邊跨及跨中梁段建議設置腹板上彎束。

保證縱向預應力的有效性。在控制最大壓應力水平的前提下，適當增加縱向預應力鋼束的用量，提高結構安全儲備，增大結構預應力度，并在計算時選擇合適的管道參數，對于設計張拉控制應力均要求為錨下控制應力。從而在設計方面確保縱向預應力的有效性。

2.5 設置合適的預拱度

設置合適的成橋預拱度是一種有效控制跨中下?lián)系念A防措施。一般都是設計計算的基礎上加上一定的經驗值。

大跨徑連續(xù)剛構跨中持續(xù)下?lián)铣梢驈碗s，影響因素多。在設計施工階段就要充分考慮到運營階段橋梁混凝土的收縮、徐變等時變因素以及車輛超載對跨中下?lián)系挠绊?，因此建議設計預拱度取值“寧大勿小”[8]。

2.6 重視合龍前的體系轉換措施

中跨合龍前采用反向頂推。雙薄壁墩連續(xù)剛構主墩的受力特點主要表現在兩個方面：一是墩頂、底彎矩大，二是邊墩內外兩片墩身的軸力差大。為了成橋時全橋受力合理以及線形良好，減小中跨跨中長期下?lián)狭?，改善橋墩的受力狀況，在中跨合龍前，可以通過設定合理的反頂力和反頂位移在中跨懸臂端進行頂推。

合龍前的配載預壓。通過體系轉換前的配載預壓可有效調劑主梁應力狀態(tài)，使成橋狀態(tài)的主梁應力水平更加合理。

2.7 其他措施

嚴格控制預應力鋼束張拉齡期。建議設計要求主梁混凝土必須達到設計強度等級值的90%以上、彈性模量達到設計值的95%以上且混凝土養(yǎng)護齡期不少于7 d以后才允許進行預應力鋼束的張拉。

設置后期備用鋼束。設計階段可以考慮設置體內或體外兩種預應力預備鋼束，預留預應力管道或備用體外束張拉的錨塊和轉向塊，在必要時可以通過張拉備用鋼束補充后期所需的預應力。

另外，加強施工及運營管理也是重要的措施之一，嚴格控制施工超方和車輛超載。

3 結語

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）已于2018年11月1日正式實施，該規(guī)范從設計精細化分析模型、正常使用極限狀態(tài)下抗裂驗算要求、預應力損失、構造要求等多方面對大跨度連續(xù)剛構的設計提出了更高更嚴更系統(tǒng)的要求。這為控制并減少類似病害提供了規(guī)范層面的基礎。設計者在設計該類橋型時，應予以足夠的重視。正確認識長期下?lián)系臋C理，選擇合適的參數，采用合理的控制方法和設計方案，從設計源頭上控制好下?lián)希攀墙鉀Q問題的關鍵。