文 供圖

我國20世紀(jì)90年代以來修建的部分大跨徑混凝土橋、鋼橋和鋼混結(jié)構(gòu)橋梁，因各種原因，不同程度的出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、下?lián)系葐栴}，嚴(yán)重影響到橋梁安全性和耐久性，橋梁安全性和耐久性問題越來越受到高度重視。

近十年來，交通運輸部和各省交通主管部門出臺了很多關(guān)于提升橋梁安全性和耐久性的規(guī)定，新版的橋梁規(guī)范補充了橋梁安全性和耐久性的相關(guān)條款，橋梁設(shè)計、科研和施工企業(yè)都加強技術(shù)總結(jié)，有針對性地在結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝和新材料研究應(yīng)用等方面做了很多努力，開展了很多提高橋梁安全性和耐久性的技術(shù)實踐。本文意在對國內(nèi)特別是湖北省一些大跨徑混凝土橋、鋼橋和鋼混結(jié)構(gòu)橋梁在安全性和耐久性上出現(xiàn)的問題，以及針對這些問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、新材料研究應(yīng)用等方面所做的改進、提高進行梳理和總結(jié)，為該領(lǐng)域發(fā)展提供參考。

常見主要問題

混凝土橋梁

混凝土橋梁安全性和耐久性方面的問題主要是混凝土開裂、主梁下?lián)虾徒Y(jié)構(gòu)承載能力不足等。開裂又分為非結(jié)構(gòu)性開裂和結(jié)構(gòu)性開裂。非結(jié)構(gòu)性開裂一般是因為混凝土質(zhì)量問題、混凝土水化熱和混凝土收縮徐變等因素引起的混凝土表面裂縫。結(jié)構(gòu)性開裂主要是因為結(jié)構(gòu)受力超出混凝土抗拉設(shè)計強度而產(chǎn)生裂縫，超載、預(yù)應(yīng)力失效、構(gòu)造設(shè)計不合理、先天性安全儲備不足等因素都會引起結(jié)構(gòu)受力超出混凝土抗拉設(shè)計強度而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性開裂。混凝土開裂直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，它將導(dǎo)致鋼筋銹蝕，結(jié)構(gòu)耐久性降低，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致橋梁的使用性能和極限承載力降低。在此舉兩個典型案例說明問題。

第一個案例：某長江大橋主梁下?lián)虾拖淞洪_裂。某長江大橋主橋為五跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主跨跨徑超過200米。大橋通車運行7年后，主要病害表現(xiàn)為主梁非正常下?lián)虾徒Y(jié)構(gòu)嚴(yán)重開裂。經(jīng)檢測，大橋各主跨都存在主梁非正常下?lián)?，其中北岸次邊?號至3號墩之間主梁跨中下?lián)侠塾嬤_34.5厘米。箱梁0.1毫米，以上裂縫6800多條，最大裂縫寬度達3毫米，且裂縫分布十分廣泛，跨中段一定范圍內(nèi)腹板的斜向開裂，箱梁底板橫向裂縫和腹板的豎向裂縫（有的已貫通）。

分析認(rèn)為，大橋混凝土施工質(zhì)量不高，建橋時材料、工藝設(shè)備能力與大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋要求不相適應(yīng)是大橋產(chǎn)生病害的主要原因。施工質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：一方面，混凝土空洞（腹板、頂?shù)装寤炷链嬖诖罅靠斩?，最大的超過1平方米）；另一方面，對管道壓漿重視不夠，部分預(yù)應(yīng)力管道未灌漿或灌漿不飽滿（以腹板連續(xù)束居多，耳貼腹板，車輛通過時能聽到鋼束撞擊響聲，打開錨頭鋼束出現(xiàn)回縮）。材料和工藝設(shè)備方面主要是：第一，建橋時國內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋普遍采用直徑5毫米的低碳鋼絲，張拉噸位小。第二，預(yù)應(yīng)力管道灌漿工藝和設(shè)備能力存在不足。

第二個案例：某高速公路特大橋箱梁底板崩裂。某高速公路漢江特大橋主橋為85+3×150＋85(米)預(yù)應(yīng)力混凝土箱型變截面連續(xù)剛構(gòu)，右幅合龍并張拉合攏束后，三個主跨發(fā)生大面積的底板混凝土崩裂，損壞情況嚴(yán)重，主要病害為底板下緣徑向拉裂、混凝土破損、底板下緣主筋外露等。

底板崩裂情況。通過對右幅三個主跨箱梁底部的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)共有20個節(jié)段箱梁底板下緣發(fā)生了不同程度的徑向崩裂，以5#至6#跨最為集中、嚴(yán)重。該跨底板崩裂區(qū)域共8個節(jié)段，底板下緣縱向預(yù)應(yīng)力鋼束以下部位已經(jīng)整體崩裂懸空，破壞塊最大下懸35厘米，崩裂范圍超底板面積的六分之一。同時，底板大于三分之一面積的混凝土已經(jīng)脫落，底板下緣縱橫向主筋外露、懸空。

圖1 巴東長江公路大橋

圖2 某高速公路橋梁底板崩裂情況

原因分析：現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，施工沒有按要求設(shè)置底板上下層鋼筋網(wǎng)的防崩鋼筋。設(shè)計對底板防崩裂進行了復(fù)核計算，結(jié)果表明，在設(shè)計狀態(tài)下，不設(shè)底板上下鋼筋網(wǎng)間防崩鋼筋，底板混凝土已經(jīng)能夠抵抗徑向力，抗拉安全系數(shù)為1.6；增設(shè)底板上下鋼筋網(wǎng)間防崩鋼筋，抗拉安全系數(shù)提高到2.0，有利于防止底板崩裂。施工沒有按要求設(shè)置防崩鋼筋，降低了底板抗崩安全度，但如無其他外因，底板崩裂不會如此嚴(yán)重。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，施工期間，為了預(yù)應(yīng)力鋼束穿束方便，施工單位在底板開有若干2.0×1.0（米）左右大小的孔洞，這些孔洞在底板連續(xù)預(yù)應(yīng)力束張拉期間沒有封閉。經(jīng)驗算，在底板預(yù)應(yīng)力張拉后，這些孔洞周圍產(chǎn)生了3.0MPa以上的集中拉應(yīng)力，這些集拉應(yīng)力正是引發(fā)底板崩裂的直接原因。此外，底板預(yù)應(yīng)力采用塑料波紋管，波紋管直徑大，且與混凝土黏結(jié)差，在一定程度上削弱了底板。有限元分析表明，這也是底板產(chǎn)生崩裂的原因之一。底板崩裂情況，如圖2所示。

鋼箱梁橋

正交異性鋼橋面板受力特性及構(gòu)件連接復(fù)雜、結(jié)構(gòu)焊縫較多，同時輪載的局部效應(yīng)明顯，應(yīng)力集中問題突出，上述因素導(dǎo)致正交異性鋼橋面板極易出現(xiàn)疲勞開裂，不僅顯著影響結(jié)構(gòu)的運營質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且修補難度大、維護成本高。通過調(diào)研分析，我國早期采用閉口U形縱肋的正交異性鋼橋面板的疲勞開裂，主要集中于U肋與橋面板縱向焊縫，其次為橫隔板處U肋焊縫、橫隔板貫穿U肋切孔周邊裂縫、橫隔板與頂板焊縫開裂，且集中于重車道、混合車道區(qū)域，這與國外調(diào)研的正交異性橋面板開裂部位和裂縫形態(tài)基本一致。正交異性鋼箱梁結(jié)構(gòu)裂縫分布，如表1所示。

表1 正交異性鋼箱梁結(jié)構(gòu)裂縫分布表

與此同時，鋼橋面鋪裝使用壽命極短，早期修建的正交異性板橋面鋪裝壽命不超過5年甚至更短。很多橋梁鋼橋面鋪裝層在外部荷載反復(fù)疲勞荷載作用下逐漸出現(xiàn)了疲勞開裂、坑槽、脫層等病害。

鋼混結(jié)合梁橋

鋼混結(jié)合段是混合梁斜拉橋連接鋼梁和混凝土梁的過渡段，由于其兩側(cè)主梁剛度和質(zhì)量相差懸殊，致使結(jié)合段受力復(fù)雜，是混合梁斜拉橋主梁設(shè)計中的關(guān)鍵部位。早期混合梁斜拉橋大多采用部分連接承壓板形式，連接截面以“承壓傳力”為主，需要設(shè)置超厚承壓鋼板，其優(yōu)點是構(gòu)造簡單、傳力直接，缺點是斷面剛度變化比較劇烈、應(yīng)力擴散不均、結(jié)合段易開裂。

已建成并投入運營的混合梁斜拉橋中，其工作性能、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性難盡人意，結(jié)合段存在不同程度的脫空、開裂、抗疲勞能力不足等問題，對結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能產(chǎn)生極為不利的影響，是國內(nèi)外橋梁工程界迫切需要解決但又尚未完全解決的關(guān)鍵問題之一。

圖3 丹江口漢江大橋

關(guān)鍵技術(shù)

混凝土橋梁

針對混凝土橋梁安全性和耐久性方面存在的問題，湖北省從建設(shè)管理、設(shè)計、施工、科研等方面采取了很多改進措施。一是建設(shè)管理：樹立全壽命周期理念，推行標(biāo)準(zhǔn)化施工等。二是設(shè)計方面：構(gòu)造設(shè)計改進，開展防裂、防腐等耐久性設(shè)計等。三是施工方面：提高混凝土施工質(zhì)量，預(yù)制拼裝技術(shù)推廣應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力工藝及技術(shù)改進，寬幅箱梁等特殊構(gòu)件施工采取防裂措施等。四是研究應(yīng)用新材料：如高性能混凝土、鋼混結(jié)合段填充材料、預(yù)制拼裝濕接縫材料研究等。

標(biāo)準(zhǔn)化施工。湖北省交通運輸廳2011 年6月發(fā)布《湖北省高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)意見》，內(nèi)容包括：工地建設(shè)和橋梁施工管理及工藝等。該指導(dǎo)意見對橋梁各分部的施工材料、設(shè)備、工藝、新技術(shù)都提出了指導(dǎo)意見，目的就是要提高橋梁工程（特別是混凝土橋梁）安全、質(zhì)量和耐久性水平。標(biāo)準(zhǔn)化重點：混凝土集中拌和鋼筋加工、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件生產(chǎn)工廠化等。

構(gòu)造設(shè)計改進。重視鋼筋混凝土構(gòu)件配筋細(xì)節(jié)設(shè)計和預(yù)應(yīng)力構(gòu)件細(xì)節(jié)設(shè)計（預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)的配筋設(shè)計、防崩鋼筋的設(shè)置等）。開展抗裂、防腐等耐久性設(shè)計，明確構(gòu)件耐久性設(shè)計相關(guān)要求。拉索錨固構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計：鋼錨箱、鋼錨梁的應(yīng)用及精細(xì)化設(shè)計。提高普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋材料等級。

預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用。預(yù)制混凝土箱梁拼縫的施工質(zhì)量和濕接縫的施工質(zhì)量是提升耐久性的關(guān)鍵因素。荊岳、嘉魚、石首等長江大橋混凝土箱梁采用短線法預(yù)制拼裝的施工工藝和節(jié)段跳倉支墩支架現(xiàn)澆的施工工藝。其中石首長江公路大橋北邊跨主梁為全預(yù)制拼裝的混合梁。PC 主梁首次在大跨徑斜拉橋主梁中采用“地面預(yù)制+支架存梁”的短線法預(yù)制拼裝技術(shù)；北邊跨預(yù)制PC 梁不設(shè)濕接縫，通過無應(yīng)力長度參數(shù)和梁段間豎向轉(zhuǎn)角參數(shù)的精度控制保證成橋線形。采用地面預(yù)制、構(gòu)造優(yōu)化和橫向預(yù)應(yīng)力多次分批張拉、優(yōu)化混凝土的配合比及溫控養(yǎng)護措施，在寬幅、大截面箱梁的精度控制、裂縫控制上取得了預(yù)期效果。

圖5 鄂東長江大橋

預(yù)制寬幅混凝土箱梁裂縫控制。荊岳、嘉魚、石首等長江大橋邊跨寬幅混凝土箱梁采用預(yù)制拼裝技術(shù)施工，為控制寬幅箱梁出現(xiàn)裂縫，設(shè)計和施工方面做了較多的改進。

設(shè)計方面：構(gòu)造上采用合適的頂、底、內(nèi)腹板和橫隔板厚度，減小施工難度，提高預(yù)制質(zhì)量。結(jié)合短線法預(yù)制的特點，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力采用直線接長錨固的優(yōu)質(zhì)合金高強鋼棒預(yù)應(yīng)力體系。減少預(yù)制梁段類型，提高標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制的程度。匹配面設(shè)置大尺寸剪力鍵、槽，既方便預(yù)制施工，也能避免存梁膠拼施工對鍵槽的破壞，適應(yīng)寬幅大截面的能力強。

施工方面：對混凝土配合比進行綜合優(yōu)化比選，選擇高工作性、高抗裂、低收縮徐變的高性能混凝土材料。澆注時嚴(yán)控入模溫度，澆注后加強梁體表面保溫、保濕養(yǎng)護。對外腹板及風(fēng)嘴、支點隔板采用冷卻水管對大體積混凝土進行溫控。加強施工過程控制和拆?？刂?，對易開裂部位精細(xì)化施工，混凝土在實際工況下的初凝時間必須大于每節(jié)梁段的澆筑，適當(dāng)延長拆模時間。主梁在澆注脫模前，張拉頂、底板和部分橫梁橫向預(yù)應(yīng)力，提高主梁早期抗裂能力。

現(xiàn)澆寬幅混凝土箱梁裂縫控制。鄂東大橋主橋邊跨混凝土箱梁采用支架現(xiàn)澆施工，特別進行了寬幅混凝土箱梁的綜合防裂措施研究與設(shè)計，取得了較好的效果，包括以下幾點：采用橫向整幅、縱向分段并設(shè)置后澆段的混凝土梁澆筑方案，同時采取溫控措施。對箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉時機和順序進行了研究，優(yōu)化預(yù)應(yīng)力束張拉順序。按照不同位置的橫隔板受力模式，模擬施工過程，分別采用平面桿系程序和空間結(jié)果分析手段，對橫隔板進行計算分析，配置合理的預(yù)應(yīng)力鋼束。進行了特殊的施工支架設(shè)計，提出嚴(yán)格的支撐柱豎向剛度要求和拆除時機要求；進行箱梁一般部位、鋼混結(jié)合段、后澆段等不同位置混凝土的配合比試驗研究與設(shè)計。

預(yù)應(yīng)力施工工藝及技術(shù)改進。適當(dāng)延長混凝土初次加載齡期，張拉時不僅混凝土的強度要滿足要求，其彈性模量同樣應(yīng)滿足要求。優(yōu)選預(yù)應(yīng)力管道材質(zhì)、采用真空壓漿、超張拉工藝以減小預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力筋較短的箱梁橫、豎向預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的最主要因素是錨具變形和鋼筋回縮，因此，箱梁頂板的橫向預(yù)應(yīng)力和箱梁腹板的豎向預(yù)應(yīng)力，箱梁內(nèi)的橫、豎向預(yù)應(yīng)力采用可以進行二次張拉的螺絲端桿錨具或鐓頭錨具及相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋。

鋼箱梁橋

鋼箱梁構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化。箱梁頂板：頂板厚度呈增大趨勢（14 毫米至20 毫米），部分橋梁對重車道橋面板作進一步加厚（18 毫米至20 毫米），對改善頂板疲勞性能效果顯著。鋼橋面板作為主梁的頂板，早期大多數(shù)鋼橋面板采用12毫米厚或更薄的頂板，疲勞關(guān)鍵易損部位出現(xiàn)大量疲勞裂紋，各國規(guī)范均對橋面頂板提出了加厚要求。我國《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTGD64-2015）規(guī)定，鋼箱梁橋面頂板的最小板厚不小于14 毫米，同時規(guī)定在車輛荷載作用下，頂板撓跨比D/L≤1/700，對應(yīng)重載車輛的板厚應(yīng)取td≥16 毫米。

橫隔板：橫隔板在過U肋孔附近板厚呈加大趨勢（10毫米至20毫米），以改善該區(qū)域疲勞性能；疲勞試驗研究表明，適當(dāng)增大過U肋孔區(qū)域的橫隔板厚度，是降低U肋-橫隔板開孔部位應(yīng)力幅的有效措施。

U肋：橋面板U肋間距變化不大，U肋外形尺寸一般參考已建橋梁的經(jīng)驗和國內(nèi)制造廠U肋軋制設(shè)備能力確定。U肋厚度：國內(nèi)正交異性鋼橋面板疲勞試驗研究表明，當(dāng)U肋厚度過大時，各疲勞易損部位的等效應(yīng)力幅值會呈增大趨勢，所以U肋厚度不宜過大，但為了保證U肋腹板的抗彎剛度，U肋厚度又不宜太小，因此U肋厚度一般取8毫米至10毫米較為合適。

過U 肋孔設(shè)計。為降低過U 肋孔附近區(qū)域橫隔板的疲勞應(yīng)力水平，較多采用鐵路設(shè)計規(guī)范規(guī)定的Haibach 孔，并優(yōu)化開孔局部尺寸、細(xì)節(jié)設(shè)計和焊縫形式，同時考慮到橫隔板過U 肋孔附近應(yīng)力分布復(fù)雜、疲勞應(yīng)力幅大，將U 肋孔附近區(qū)域橫隔板（上連接板）厚度增加至20 毫米，降低疲勞應(yīng)力幅。

焊接工藝改進。鋼箱梁制造焊接階段，加強對原材料質(zhì)量和制焊接工藝的管控，提升“車間化、機械化、自動化”制造水平；采用橋面板U 肋內(nèi)焊工藝，對橋面板“U 肋-橫隔板”等易疲勞開裂焊縫采用超聲波錘擊工藝，從焊接制造工藝方面提高正交異性鋼橋面板的疲勞壽命。

增強橋面板剛度。采用鋼混組合橋面板或超細(xì)粉末混凝土、UHPC 超高性能混凝土橋面板、橋面鋪裝體系，通過增強橋面板剛度來提高正交異性橋面板的疲勞壽命。典型的橋梁有：鸚鵡洲長江大橋、南京長江第五大橋、青山長江大橋等。鸚鵡洲長江大橋加勁梁采用組合梁，工字型鋼板梁高2.423 米，混凝土橋面板厚20厘米，是世界首座采用鋼-混凝土結(jié)合梁作為加勁梁的大跨徑懸索橋。南京長江第五大橋采用超細(xì)粉末混凝土橋面板。青山長江大橋主梁中跨采用鋼箱梁，邊跨采用鋼混組合梁，混凝土橋面板厚35 厘米。

圖6 青山長江公路大橋

圖7 荊岳長江公路大橋

鋼混結(jié)合梁橋

鄂東、荊岳、嘉魚等長江大橋為千米級混合梁斜拉橋，為了主梁鋼混結(jié)合段的安全性和耐久性，在傳力模式和結(jié)構(gòu)方案、填充材料、施工工藝等方面走出了一條綜合技術(shù)創(chuàng)新路線。

增加傳力路線和傳力面積，采用“承壓+傳剪”復(fù)合傳力模式和部分連接填充混凝土連接形式，以及“大尺寸鋼格室+PBL剪力鍵+后承壓板”構(gòu)造，將鋼格室長度加大至2米、高度加大至0.8米，既顯著提升了鋼混結(jié)合段傳力能力，又實現(xiàn)了主梁構(gòu)造、剛度和受力的勻順過渡，較好地克服了傳統(tǒng)鋼混結(jié)合段承載力不足、易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的缺點。

鋼混結(jié)合段填充活性粉末混凝土RPC，大幅增加了鋼格室PBL剪力鍵的承載力和承剪傳力比例，從而進一步提升鋼混結(jié)合段的軸向承載力，也有利于提高鋼混結(jié)合段的澆筑施工質(zhì)量和耐久性。

圖8 宜昌長江公路大橋

荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段創(chuàng)新性地采用短線法預(yù)制拼裝施工工藝，克服了傳統(tǒng)現(xiàn)澆連接工藝的施工質(zhì)量不易控制的缺點，延長了混凝土受力齡期，大幅降低了混凝土收縮徐變產(chǎn)生的不利效應(yīng)，顯著提升了混合梁的整體施工品質(zhì)和結(jié)構(gòu)耐久性。

幾座長江大橋?qū)嵺`表明，采用“承壓+傳剪”復(fù)合傳力模式、“大尺寸鋼格室+PBL剪力鍵+后承壓板”構(gòu)造方案、RPC等高性能混凝土填充材料、節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝等綜合技術(shù)創(chuàng)新路線，是提升斜拉橋主梁鋼混結(jié)合段整體技術(shù)性能的有效途徑，對于提高斜拉橋的跨越能力也具有重大意義。

圖9 陽邏長江公路大橋

鄂東長江大橋鋼混結(jié)合段。鄂東大橋鋼混結(jié)合段長度8.5 米，鋼格室在結(jié)合面鋼箱梁側(cè)2 米，鋼箱梁加強段3.5 米，對應(yīng)鋼箱梁段長度為5.5 米。其結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計有如下特點：為了保證鋼混結(jié)合段傳力平順、剛度過渡合理，鋼箱梁加強段采用在U 肋中間加設(shè)T 型加勁。

鋼箱梁端部設(shè)置多格室結(jié)構(gòu)，且在格室內(nèi)填充混凝土，并通過剪力鍵及鋼板與混凝土的摩擦力傳遞軸力、剪力和彎矩。

鋼格室腹板上設(shè)置PBL剪力鍵代替數(shù)量較多的剪力釘，使孔洞中的混凝土處于三向受力狀態(tài)，提高了剪力鍵的強度，且比焊釘連接件具有更優(yōu)的抗滑移性能。

為使鋼箱梁與混凝土箱梁緊密結(jié)合，在運營階段各工況下鋼混結(jié)合段均處于全截面受壓狀態(tài)，采用預(yù)應(yīng)力鋼束連接鋼箱梁與混凝土箱梁。

荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段。鋼混結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)部分長5.5 米，鋼格室為箱形封閉結(jié)構(gòu)，長度為2.0 米，鋼箱梁加強段采用在U 肋中間加設(shè)T 形加勁的方式，長2.8 米。

荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段，與混凝土箱梁段采用匹配制造、預(yù)制拼裝的連接方式，在拼接面預(yù)留剪力塊，在結(jié)合段還設(shè)置有預(yù)應(yīng)力鋼束，其結(jié)構(gòu)特點主要有以下幾點：有格室前后承壓板式結(jié)合段。在國內(nèi)首次采用有格室承壓板式結(jié)合段構(gòu)造，設(shè)置承壓板使格室內(nèi)混凝土處于多向約束狀態(tài)，提高混凝土承載能力。格室頂、底板采用PBL剪力鍵。格室腹板設(shè)置開孔板連接件結(jié)合。結(jié)合面預(yù)制拼裝式剪力塊連接。針對鋼混結(jié)合段附近參與受力的混凝土齡期短、易開裂、耐久性不足等問題，鋼混結(jié)合段連接施工將傳統(tǒng)的現(xiàn)澆工藝優(yōu)化為短線法預(yù)制拼裝施工工藝，即在鋼梁與混凝土梁結(jié)合面處設(shè)置拼接縫，待連接混凝土梁段預(yù)存3個月以上后，再與結(jié)合段鋼梁拼裝，最后澆筑鋼格室內(nèi)填充混凝土。該施工工藝克服了傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工的缺點，采用預(yù)制存梁后大幅降低了混凝土收縮徐變產(chǎn)生的不利影響，參與受力的混凝土梁齡期長，且鋼格室填充混凝土僅100多立方米，采用小節(jié)段拼裝施工工藝，施工操作便利、質(zhì)量易控。荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段構(gòu)造，如圖10所示。

嘉魚、石首長江大橋鋼混結(jié)合段應(yīng)用RPC。采用普通混凝土灌注鋼混結(jié)合段存在的脫空、開裂、抗疲勞性能不足等問題,其主要原因為：鋼混結(jié)合段作為鋼梁與混凝土梁之間的過渡段，其兩側(cè)主梁質(zhì)量和剛度均相差懸殊，普通混凝土力學(xué)性能一般，韌性差、抗疲勞能力不足，難以保證鋼梁與混凝土間的力學(xué)匹配。鋼混結(jié)合段格室內(nèi)混凝土的灌注空間較為狹小，不便振搗施工，普通混凝土工作性能一般，粗骨料粒徑較大，灌注質(zhì)量難以保證。普通混凝土后期收縮較大且與鋼板的黏結(jié)強度不高，結(jié)合段格室頂板與混凝土極易出現(xiàn)脫空，上部雨水經(jīng)鋪裝層裂縫滲入格室內(nèi)部，嚴(yán)重影響結(jié)合段的耐久性，甚至危及結(jié)構(gòu)受力，不利于剪力鍵抗剪作用的發(fā)揮。

要進一步改善甚至完全解決鋼混結(jié)合段存在的脫空、開裂、疲勞性能不足等問題，必須要大幅提高混凝土的工作性能、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性和耐久性，但普通混凝土再進一步提高的空間十分有限，為此有必要研發(fā)新型超高性能混凝土。

圖10 荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段構(gòu)造圖

圖11 吳家溝隧道

嘉魚和石首長江公路大橋混合梁鋼混結(jié)合段在鄂東、荊岳長江大橋鋼混結(jié)合段的基礎(chǔ)上，以研發(fā)混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段活性粉末混凝土RPC灌注材料為核心，從材料性能需求與配制、PBL剪力鍵受力性能、鋼混結(jié)合段受力性能，以及鋼混結(jié)合段施工工藝四個方面進行研究。

第一，研究混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段灌注材料RPC的配制技術(shù)。研究的技術(shù)路線是以達到RPC的性能需求指標(biāo)為核心，主要從配制原理、原材料和配合比對力學(xué)性能、工作性能和體積穩(wěn)定性的影響出發(fā)，總結(jié)出各原材料及配合比參數(shù)對RPC的性能影響規(guī)律，為配制RPC提供試驗和理論依據(jù)。

第二，對采用普通混凝土、不摻鋼纖維素RPC和摻鋼纖維的剪力鍵進行破壞試驗。對鋼混結(jié)合段剪力鍵的破壞模態(tài)、極限承載力、荷載滑移曲線，以及荷載應(yīng)變曲線等進行分析，為灌注RPC的鋼混結(jié)合段內(nèi)PBL抗剪承載力計算理論與方法的提出提供數(shù)據(jù)支撐。

圖12 香溪長江公路大橋

第三，通過對混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段進行1:3縮尺模型試驗，研究了壓彎、純扭、壓彎扭不同工況下灌注RPC鋼混結(jié)合段的受力性能，并采用有限元程序?qū)υ囼災(zāi)Ｐ瓦M行了參數(shù)分析。

研究表明，采用RPC灌注的鋼混結(jié)合段具有足夠的強度和安全系數(shù)，RPC與鋼格室結(jié)合緊密，能較好的滿足結(jié)合段受力需求。由于RPC具有比普通混凝土更佳的工作性能、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性、耐久性和抗疲勞性能等優(yōu)勢，能極大的提升混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段的使用性能及經(jīng)濟性。

第四，結(jié)合嘉魚、石首長江公路大橋特點，制定適合混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段灌注材料RPC的施工技術(shù)方案、現(xiàn)場質(zhì)量控制措施和養(yǎng)護技術(shù)，提出具有可操作性的控制RPC澆筑質(zhì)量的成套技術(shù)。

索塔錨固區(qū)抗裂設(shè)計。千米級斜拉橋索塔錨固區(qū)受力復(fù)雜，容易出現(xiàn)開裂。為了研究錨固區(qū)的受力特性，進行斜拉索塔端錨固區(qū)足尺模型試驗，通過節(jié)段1:1模型試驗研究，模擬索力加載，確定結(jié)構(gòu)開裂荷載和可能的破壞荷載，以及裂縫分布情況。設(shè)計根據(jù)試驗結(jié)果、結(jié)構(gòu)的開裂荷載、安全度和裂縫寬度及分布情況，并結(jié)合計算分析，進行抗裂設(shè)計。計算分析時考慮結(jié)構(gòu)的材料非線性、干燥收縮和徐變對索塔錨固區(qū)受力特性的影響。

香溪長江大橋預(yù)應(yīng)力拱腳。鋼桁拱橋的拱腳連接構(gòu)造一般采用承壓傳剪式鋼混結(jié)構(gòu)，該構(gòu)造在弦桿與拱座兩種不同材料的連接界面上剛度突變，易造成應(yīng)力集中，且傳力途徑不明確，受力模式不清晰，埋入段范圍的拱座混凝土應(yīng)力場復(fù)雜，運營期混凝土易開裂，埋入段構(gòu)造尺寸較大也會增加拱座混凝土的澆筑難度。

香溪長江大橋為主跨519米的全推力拱橋，拱橋受力大且復(fù)雜，鑒于傳統(tǒng)拱腳承壓傳剪式鋼混結(jié)構(gòu)的缺點，香溪長江大橋提出了一種新的拱腳完全承壓式鋼混復(fù)合連接構(gòu)造，該構(gòu)造由厚承壓板格構(gòu)和弦桿外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)組成。厚承壓板格構(gòu)主要傳遞拱肋的軸力及剪力，拱腳弦桿的彎矩通過弦桿外部的預(yù)應(yīng)力平衡，預(yù)應(yīng)力通過在拱座內(nèi)設(shè)置的錨固扁擔(dān)梁傳遞給拱座。完全承壓式鋼混復(fù)合連接構(gòu)造受力模式清晰、傳力途徑明確、施工工藝簡單。香溪長江大橋預(yù)應(yīng)力拱腳構(gòu)造，如圖13所示。

中國大跨徑橋梁在提高橋梁安全性和耐久性方面所做的工作遠不止這些，本文立足于湖北省在提高橋梁安全性和耐久性的技術(shù)實踐，因篇幅有限，還有很多內(nèi)容沒有涉及，如沿海橋梁的耐久性技術(shù)、防腐材料技術(shù)、耐久性監(jiān)測技術(shù)等。

圖13 香溪長江大橋預(yù)應(yīng)力拱腳構(gòu)造圖