预应力混凝土箱梁桥

预应力混凝土箱梁桥（通用12篇）

预应力混凝土箱梁桥 篇1

1 概述

随着高速公路建设的迅猛发展, 预应力混凝土箱梁以其刚度大、线形优美、跨越能力强而被广泛地用于桥梁工程中。自20世纪70年代以来, 预应力混凝土箱梁桥在施工或使用阶段, 在不同部位出现了开裂等问题, 直接影响到桥梁的使用性能、耐久性及使用寿命。如何尽量避免裂缝产生并对发现的裂缝有效进行处理, 是广大桥梁设计和施工人员一直研究的课题。

2 预应力混凝土箱梁桥的裂缝及产生原因

2.1 斜裂缝

斜裂缝也称主拉应力裂缝, 这是预应力混凝土梁桥中出现最多的一种裂缝。由主拉应力引起的梁腹板上的斜裂缝, 可明显降低结构的承载力。此裂缝一般先发生在剪应力最大的支座附近的腹板上, 与梁轴线成25°～50°开裂, 并随着时间的推移, 不断向受压区发展。裂缝数也会增加, 斜裂缝一旦出现, 就应注意观测。如果斜裂缝局限在受拉区且已趋于稳定, 不再发展, 则可以容忍;如果裂缝长度发展至受压区, 或裂缝区迅速向跨中发展, 则应认为是严重的, 必须加固处理。斜裂缝的主要产生原因:

2.1.1 设计方面

新规范出台前, 主拉应力不控制设计, 对斜截面强度或主拉应力重视不够, 还有构造筋配置不足、斜向钢束起弯过早、竖向预应力筋不足等原因。

2.1.2 施工方面

(1) 由于模板安设粗糙, 浇注时模板走动, 使腹板厚度减薄而导致斜裂缝。

(2) 对竖向预应力张拉重视不够, 张拉吨位不足。有的虽然张拉了竖向预应力, 但拖延很长时间才进行管道压浆, 导致竖向预应力筋锈蚀, 或减少了竖向有效预应力而出现斜裂缝。

(3) 有的桥在悬臂平衡挂篮浇注时, 由于未预压重及浇注顺序由里向外, 出现了垂直裂缝, 虽张拉预应力束, 裂缝不可能闭合。

2.2 纵向裂缝

纵向裂缝也是预应力梁桥中出现较多的一种裂缝, 仅次于主拉应力斜裂缝, 较多地出现在箱梁的顶、底板上, 顺桥向。有的纵向裂缝连续贯通较长, 有的则不连续、较短。引起纵向裂缝的原因较多, 主要存在于以下三方面:

2.2.1 未采用横向预应力

早期修建的梁桥, 横向为钢筋混凝土结构, 在荷载作用下, 顶板中部下缘容易出现纵向裂缝。

2.2.2 顺桥向的永存预应力过大

在大跨径梁桥采用全预应力结构的设计中, 往往对最小应力留有约2MPa的压应力储备, 以克服计算简化假定或图式与实际的不一致, 以及剪力滞、局部应力等的不利影响。有的误认为压应力储备留得越大越安全, 实际上恰恰相反, 压应力储备大容易导致纵向裂缝, 且浪费钢束。根据材料力学原理, 构件在承受轴向力时, 轴向长度因弹性压缩而缩短, 而于垂直方向将因材料的泊松比而产生拉应变。如果应力储备过大, 就会在垂直方向发生较大的拉应变, 在最薄弱的截面, 往往因拉应力过大沿预应力管道出现纵向裂缝, 这种裂缝沿顺桥向预应力管道而发展, 下渗的水会沿管流动, 造成预应力钢筋锈蚀, 从而降低结构的承载力。

2.2.3 温差应力估计不足

日照温差对混凝土桥梁的影响远远大于年温差。新的《公路桥涵设计通用规范》 (JTGD60-2004) 经过对不同温度梯度模式的比较, 采用了美国规范的温度曲线。为了分析温度应力对预应力混凝土桥梁设计的重要性, 通过对一座等高度预应力混凝土连续箱梁的分析, 得到如下结论:采用不同的温度梯度模式计算得到的梁内温度应力相差较大, 甚至可能是异号应力。对跨中截面, 活荷载在截面下缘产生的拉应力为3.85MPa, 而最大温度应力可达2.656MPa;对于支点截面, 活荷载在截面上缘产生的拉应力为2.117MPa, 相对应的温度应力为1.715MPa。可见, 温度应力在整个桥梁设计中占有很大的比重。

2.3 齿板裂缝

根据国内外有关资料报道, 底板锚块开裂的事例屡见不鲜, 特别是锚固在梁跨受拉区的底板束, 设计稍有不当就会引起底板锚块混凝土开裂。底板齿板裂缝一般始自底板锚块后面, 并与箱梁桥纵轴成30°～45°角斜向两侧腹板扩展。

3 设计注意事项

3.1 边跨与中跨的比例及高跨比

边跨与主跨比例配置是否合适, 直接影响到结构受力的合理性。若边跨与主跨跨径之比太大, 边跨支架施工梁段长度偏长, 相对于中间孔跨, 边跨结构的整体刚度偏小, 在恒、活载作用下, 边跨的现浇段部分会出现较大的主拉应力, 易使混凝土开裂, 边跨加载对中跨箱梁的结构受力也不好;若边跨与主跨跨径之比过小, 则边跨支点可能会出现向上的拉力, 同时连续梁各跨的刚度会有较大的差异。对于等截面梁, 边中跨比大多在0.5～1.0之间, 高跨比为1/18～1/20之间, 对于变截面连续梁, 边中跨比通常在0. 5～0. 8之间取用, 高跨比跨中在1/30～1/50、支点在1/15～1/20范围内考虑。

3.2 腹板、顶板及底板厚度

(1) 腹板

增加腹板的厚度, 势必增加箱梁桥自重。在自重荷载占70%左右的情况下, 应尽可能减少自重。腹板的最小厚度首先要满足构造要求。各国规范也只给出预应力管道间的最小净距、保护层厚度, 未明确腹板的最小厚度。腹板厚度的变化对截面应力状况的变化非常敏感。当腹板厚度稍有增加时, 截面的正应力、剪应力和主拉应力均有良好的改善。

(2) 顶板与底板

对于顶板, 首先要满足桥面板的受力要求, 其次要满足力筋的构造要求, 因此只能给出一个构造要求下的最小尺寸。对于底板, 需要满足正弯矩下的力筋通过的构造要求。

3.3 纵向预应力钢束布置

(1) 把纵向预应力束的锚头错开搭界, 从而避免出现拉力区。

(2) 顶板预应力束布置

在顶板布置足够数量的纵向预应力束, 使在底板预应力束张拉之前, 整个箱梁体, 尤其是腹板, 具备较强的压应力储备。因此, 在底板预应力束张拉时, 只要张拉预应力不超过压应力储备, 顶、底板锚头之间就不会出现拉力区。针对受力要求, 为了尽可能减小断面或加大悬臂及箱内跨径, 顶板还应布置横向预应力束。虽然横向预应力过大也会对纵向有效正应力带来一定的卸载作用, 但横向预应力是克服纵向裂缝最有效的办法。

3.4 配置足够数量的非预应力钢筋

在预拉区设置非预应力钢筋, 一方面可以防止施工阶段因混凝土收缩和温差引起的预拉区裂缝, 承受施加预应力过程中产生的拉应力, 提高使用阶段桥梁机构的抗压能力;另一方面, 对箱梁桥裂缝宽度的控制也起着重要的作用。为了充分发挥非预应力筋的作用, 应注意以下措施:

(1) 提高钢筋与混凝土的粘结力

采用较小直径的钢筋, 分散布置, 尽量使用螺纹钢筋, 避免使用光面钢筋, 以有效提高钢筋与混凝土的粘结力, 可避免裂缝或使裂缝间距和宽度减小。

(2) 重视抵抗局部应力的配筋

在锚固区, 预应力筋弯起处等部位加强配筋, 可以有效防止产生顶、底板的齿板裂缝和曲束裂缝。

摘要：分析了预应力混凝土梁桥常见裂缝的产生原因, 提出了设计中控制裂缝的方法, 供工程技术人员参考。

关键词：连续箱梁,裂缝,预应力,钢束

参考文献

[1]中交公路规划设计院.预应力混凝土梁桥裂缝成因分析研究报告[R].1998.

[2]混凝土结构的裂缝和裂缝控制[J].北京公路.1989.

[3]预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治[M].人民交通出版社.2006.

预应力混凝土箱梁桥 篇2

摘要：在迈入21世纪之后我国国民经济水平得到提高，桥梁事业也得到创新发展，各种桥梁施工裂缝处理技术取得良好的进展。预应力混凝土连续箱梁桥裂缝问题成为了桥梁施工中最为主要的问题。如果出现裂缝那么则会对构件外观美观程度有所影响，并且也会对整个桥梁工程的结构稳定性以及使用寿命产生影响。

关键词：预应力;混凝土连续箱梁;腹板;裂缝

预应力混凝土连续箱梁桥因为具备抗弯抗扭刚度大以及行车平顺舒适的特点，在我国工程界受到欢迎。现如今，在社会经济的快速发展下，高速公路以及城市道路成为了工程建设的主要内容。预应力混凝土连续箱梁桥作为主要的桥型之一，逐渐备受关注。但是，在伴随着质量意识的不断提升下，预应力混凝土连续箱梁桥会呈现出不同程度的裂缝，不仅会对桥梁的美观产生影响，并且也会影响整个桥梁的稳定性与安全性。所以，积极探索预应力混凝土连续箱梁桥具有十分重要的现实意义。

1、工程概述

南华路匝道在中心桩号AK0+444.000处与韶关大道斜交，新建南华路匝道桥上跨韶关大道。匝道桥总长379.38m，跨径组合为：(3×30)+(3×35)+(3×30)+(3×30)m。

其上部结构：

(1)采用预应力混凝土连续箱梁，横断面为单箱双室斜腹板断面。

(2)箱梁顶底板平行，由箱梁整体扭转形成桥面横坡。

(3)预应力混凝土箱梁采用C50混凝土，预应力钢束采用φs15.20钢绞线。

(4)支座采用GPZ系列盆式橡胶支座。

(5)混凝土箱梁桥面采用10cm厚沥青混凝土铺装。

(6)内外侧护栏均为防撞护栏，防撞等级A级。

下部结构：桥墩采用独柱桥墩，钻孔灌注桩基础;桥台采用薄壁式桥台，钻孔灌注桩基础。墩柱采用C40混凝土;桥台采用C30混凝土。桩基础包括嵌岩桩和摩擦桩两种类型，采用冲击钻成孔。桥墩桩径1.5m，桥台桩径1.0m;均采用C30水下混凝土。

现浇箱梁采用支架法整体施工。支架采用满堂式碗扣支架。底模和内模采用高强度覆膜竹胶板，外侧模采用钢模。第一联施工：先浇筑底板，后浇筑腹板跟面板，两次浇筑时间间隔约20天，拆模后发现中腹板跟边腹板均出现多道竖向裂缝，裂缝间距2～3m一道，缝宽0.1～0.2mm左右。第二联施工：先浇筑底板跟腹板，后浇筑面板，两次浇筑时间间隔约10天，拆模后一切符合要求。

2、预应力混凝土连续箱梁桥裂缝原因

2.1设计方面存在的原因

2.1.1设计结构不合理。桥梁所处的位置因素是影响桥梁结构型式的关键所在，在桥梁设计方案选择的时候，需要采取预应力混凝土连续箱梁，但是如果箱梁横截面形式或者顶底板厚度等参数确定不合理，那么则会出现不同程度的裂缝。

2.1.2结构计算模型不合理。现阶段有关预应力混凝土连续箱梁桥的设计主要采取平面杆系单元进行，但是由从结构整体受力性能分析，如果想要满足设计需求，需要选择构成空间薄壁，但是平面杆系法无法对箱梁的各种力学性能进行考虑，从而导致计算结构与实际受力状态会存在非常大的差异。在结构计算的时候会有所不同，会造成结构开裂现象。

2.2施工方面存在的原因

2.2.1施工材料性质不高。在施工过程中由于所采用的混凝土标号偏低，并且钢筋处于劣质，或者强度比设计值要低，那么则会引起预应力混凝土结构出现裂缝。

2.2.2施工质量控制不高。第一是由于箱梁的顶板、底板以及腹板内的钢筋设计间距比较小，或者在配置混凝土的时候骨料比较大，混凝土难以捣实，导致钢筋与混凝土之间的握裹力得到降低，在受拉区会形成裂缝。第二是在采取满堂支架浇筑箱梁的时候，因为支架基础强度不够，所以会引发支架出现非弹性变形，支架下沉，后箱梁会产生不规则的裂缝。同时因为裂缝还处于桥梁运营阶段，所以会继续朝着抗拉区继续发展。第三是现浇预应力箱梁的支架以及模板拆除的比较早，导致箱梁在非常大的瞬时荷载作用下形成施工裂缝现象。第四，在分层或者一次性浇筑过程之中，因为混凝土的水化热以及收缩会在结构表面、厚薄交界面处引发表面拉应力，当超过抗拉强度之后，结构便会开裂。第五是预应力混凝土箱梁桥在施工的时候为了加快施工工期，会在混凝土中添加早强剂，这种方式虽然会在表面让混凝土强度达到设计标号，但是由于混凝土的收缩以及徐变量得到增大，从而会超过设计的计算值，进而引发裂缝现象。

3、预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治措施

3.1加强设计阶段的预防

在整个设计阶段需要严格按照相关的规章制度以及标准，保证理论计算模型与实际结构相符合，并且荷载取值要保证准确性，尤其是对温度、收缩、徐变以及不均匀沉降等参数的取值需要符合实际。从整体角度分析，预应力筋与普通钢筋的配置需要科学、合理，并且局部构造要处理得当，避免在断面处产生应力集中，除此之外，在配备钢筋的时候需要对施工的可行性进行考虑与分析，将应该注意的内容利用施工图纸交代清楚。

3.2加强施工阶段的预防

施工单位需要严格按照施工图进行施工，保证临时支架符合设计要求，并且桥梁上的荷载不允许超过规定要求。混凝土的振捣需要保证密实与均匀，防止过振或漏振，避免出现蜂窝以及空洞的出现。混凝土浇筑过程之中还要将混凝土的分层浇筑顺序进行优化，如南华路匝道桥第一联施工，由于施工工序不合理及两次浇筑时间间隔过长，先后两次浇筑的混凝土产生的收缩徐变相差过大，在结构薄弱处产生收缩裂缝。值得注意的.一点是混凝土需要加强养护，临时支架和模板不能过早拆除，保证混凝土强度达到设计要求方可拆模。一次性浇筑的大体积混凝土则需要将水化热的散热问题处理好，保证混凝土强度应该达到允许值，只有如此，才能保证混凝土不会因为强度不足而出现开裂现象。

4、结语

从整体角度分析，预应力混凝土连续箱梁桥属于当前比较成熟的桥梁，但是从全局出发，在实际工程之中会存在各种类型的裂缝。预应力混凝土连续箱梁桥裂缝是一个比较复杂的问题，涉及到了设计、施工等诸多因素，如果其中的任意一个环节出现疏忽，那么均会导致裂缝现象，严重的会发生钢筋锈蚀，对桥梁的寿命有所影响。本篇文章从具体工程出发，对预应力混凝土连续桥梁出现裂缝的原因进行分析，并简单提出解决措施，以此提高桥梁工程的有序发展。

参考文献

[1]曾庆响，韩大建.预应力混凝土箱梁桥的裂缝防治研究现状[J].工程力学，(S1)：184-188.

[2]耿会勇.预应力连续箱梁施工过程中腹板斜向裂缝产生原因及防治[J].铁道建筑技术，(04)：24-27.

[3]张守峰.大跨预应力混凝土箱梁腹板裂缝的分析及预防措施研究[J].公路交通科技(应用技术版)，2011(05)：190-192.

[4]娄亮，潘竺兰，赵长军.预应力混凝土连续箱梁裂缝成因分析及加固措施[J].公路，2011(08)：49-52.

预应力混凝土箱梁桥 篇3

预应力混凝土箱梁桥腹板施工是一项具有独特特点、拥有跨度能力强、性能良好等优点。在一般的高速公路与桥梁架设中被广泛的运用起来，由于箱梁桥自身的结构存在一定的缺陷与不足，因此，在出现腹板裂缝情况时会非常严重，而出现裂缝的原因主要是因为预应力在张拉的过程中出现的。本文就裂缝形成的主要原因展开分析，并提出相应的解决对策。

一、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因

1、设计方面的原因

1.1箱梁设计的模式不合理是造成裂缝的主要原因，根据一些实际的施工经验可知，如果在没有经过精细设计与计算的情况下，可以通过T形梁的规定来做出处理。但在实际的情况下，T形梁与箱形梁之间所受到的具体力的情况后还是有较大的差别的。T形梁与实际的受力计算较为接近，因此设计的主筋可以充分的发挥出来，并且横向荷载的影响也较小。但与T形梁不同，箱形梁会受到纵向与横向的荷载作用，如果还要按照T形梁的施工方式来处理很容易引起裂缝。

1.2另外，在进行设计时，一般由于会考虑到应力钢筋的设计，而对非预应力钢筋的设计考虑的确不够，且很多对非预应力钢筋的数量设置也不够。尤其需要特别注意箍筋与弯起钢筋，如果考虑不周全，甚至出现直接不设置弯起钢筋的情况。这样一来，当预应力箱形梁中的纵向或者竖向预应力增大时，一旦超过了承受力，就极易出现腹板裂缝等现象。

1.3此外，工程中对于腹板的厚度、竖向以及纵向的预应力钢筋的设计不合理也是导致裂缝的重要因素。根据腹板厚度的不同，相应的主拉應力也会产生较大的影响，如果腹板使用相同的厚度，可能会导致梁根部的主应力变大的情况，这样一来就很容易造成不良的影响。所以，针对腹板的设计要求，必须全面考虑腹板内部的主拉应力影响，应考虑是否在预应力顶板的下方设置弯钢筋束，以控制裂缝现象。

1.4从相关的规定中可以总结出，如果工程施工前没有实际的资料，则可以假设温度差范围在+5℃，桥面是均匀分布的情况。而实际的情况是，桥梁的界面高度是伴随桥的方向而变化的，如果按照相关的假设的情况下设计，桥跨中的温度梯度会相对比支座附近的温度梯度大，因此就会出现温差应力较大的情况。

2、施工方面的原因

除此之外，桥腹板裂缝产生的原因还有可能是施工方面的原因，施工方面的原因，主要在以下几点。第一，在安装模板时，如果安装不合理或者不到位，很可能在浇筑混凝土时出现变形或者移位的现象，从而导致腹板厚度达不到标准。第二，针对设计预应力钢筋张拉力设计时，如果没有按照设计规定的规范来进行，如果达不到要求，波纹管的具体位置就会产生偏移而影响腹板的内力。第三，如果灌浆不依照设计的要求来进行，甚至不进行灌浆操作，结构的预应力将会大大减小。其次，对于支架地基的施工不牢固，也会造成支架下沉而导致裂缝的产生。第四，如果箱梁的骨架钢筋过多，且钢筋之间的间距太小，在进行混凝土振捣操作时就会较难，导致振捣的强度就不够。此外，混凝土施工完成的后期，如果没有进行合理的后期管理与养护，混凝土的强度不足，各项参数不合标准，势必会引起裂缝。

3、应力松弛原因

伴随着桥梁的使用时间增大，桥梁受到钢筋应力松弛与混凝土收缩徐变等的影响，使得箱梁的预应力损失，这也是裂缝产生的重要因素之一。

二、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝控制措施

1、优化设计

就我国现行的桥梁主预应力值设计规范来说，还不够全面与完善，这就要求设计人员在设计时可以借鉴国外的一些范例。如在做温度应力的相关分析时，可以使用实际桥梁观测与温度场有限元分析的方式，并参照国外与我国的相关规定来设计。针对预应力钢筋设计时，应合理的设置预应力弯钢筋束。如果是U型竖向预应力钢筋的设计则可以使用单排或者双排交错布置的设计形式，而对于非预应力的钢筋设计来说应合理的安排设计来辅助预应力钢筋。此外，针对腹板和混凝土的设计必须按照相关的规定，达到设计的厚度与强度要求。

2、混凝土箱梁桥腹板的施工过程控制

前面说到，施工方面引起裂缝的原因也很重要，针对施工方面的裂缝因素应着重看待。首先，必须加强施工过程中的管理与监督工作，保证施工人员的操作规范与科学。其次，在进行混凝土的浇筑工作时，要密切注意混凝土的密实度要求，严格浇筑的顺序与工艺，控制好新老混凝土施工之间的时间差，完成之后还应安排相关的专业人员进行维护。此外，对于支架地基的牢固性要求必须在施工时进行承载力的监测，明确达到设计要求与规范后才能投入使用。而对于混凝土的模板与支架安装位置设计必须按照事先设计的要求进行，准确的找好位置，安装后还要进行加固处理。拆模的时间与顺序也需要按照规定进行，对于预应力钢筋的张拉必须严格按照设计来继续拧，控制好孔道的偏差，保证施工各环节的质量。

结语

总而言之，伴随着我国国民经济的飞速提升，我国公路桥梁的建设规模也逐渐扩大，对于交通建设问题也越来越多。针对桥梁建设的腹板施工裂缝问题逐渐成为了大众关注的焦点。就桥梁施工的裂缝问题所带来的危害而言，预应力混凝土箱梁桥因为种种优势，被广泛运用于裂缝的处理问题上。针对裂缝产生的外部原因与施工原因来说，要从企业自身的情况出发，提高企业的建设水平与监管力度，针对产生的原因采取相应的措施，进一步提高自身技术与水平，保证桥梁施工的质量。

参考文献

[1]江克斌，周旺进，赵启林.预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因与对策[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2005，04：369-373.

[2]贾桂芳.预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因与对策[J].价值工程，2014，06：138-139.

[3]余明.某预应力混凝土连续刚构箱梁桥腹板开裂机理研究[D].长沙理工大学，2013.

[4]肖星星.预应力混凝土箱梁桥悬臂施工中腹板斜裂缝成因分析[J].现代交通技术，2007，01：43-47.

[5]赵启林，周旺进，江克斌.预应力混凝土箱梁桥施工中的裂缝成因分析与修补[J].公路交通科技，2006，06：85-88+103.

预应力混凝土连续箱梁桥荷载试验 篇4

某高速公路桥为预应力混凝土连续箱梁, 跨径布置为18 m+4×25 m+18 m, 下部构造为柱式墩, 肋板式台和柱式台配桩基础。平面上位于R=1 050 m圆曲线段, 纵面位于R=27 000 m的凹型竖曲线。荷载等级:汽-超20, 挂-120。

2 静载试验

2.1 试验荷载确定

按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原则, 对各测试截面活载内力进行计算分析, 确定静载试验荷载的大小。静载试验时用汽车车辆直接加载, 每辆汽车装载后总重为300 kN (前轴重60 kN, 中、后轴重均为120 kN) 。经过静载试验模拟计算, 该桥在静载试验过程中共需该类车6辆。

静载试验工况如下: (1) 工况Ⅰ:边跨跨中最大正弯矩, 影响线如图1所示; (2) 工况Ⅱ:第二跨跨中最大正弯矩, 影响线如图2所示; (3) 工况Ⅲ:18m处支点截面最大负弯矩, 影响线如图3所示。

2.2 测试内容

(1) 应力测试:对试验跨的1/2跨及中间支座截面进行应力测试;

(2) 变形观测:对试验跨的1/4跨, 1/2跨、3/4跨及支座位置进行挠度观测;

(3) 裂缝观测:对全桥特别是跨中、支座等敏感部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。

2.3 测点位置

根据荷载试验设计要求, 箱梁桥的应力、应变测试截面选择在各跨的L/4、L/2以及支点位置, 试验过程中的控制截面如图4所示, 各控制截面应变片的布置如图5所示。

3 试验结果评定

(1) 静载试验荷载效率系数

荷载效率系数表示为:η=Sstat/ (S·δ) , 式中:Sstat为试验荷载作用, 检测部位变化或力的计算值;S为设计标准荷载作用, 检验部位变化或力的计算值;δ为设计采用的动力系数。

静载试验荷载效率见表1, 1.05≥η>0.8, 满足基本荷载试验条件。

(2) 静力试验结果

结构试验效率最大部位的结果满足以下全部条件, 可以认为桥梁是符合设计要求的。

①量测的弹性变形或力值 (Se) 与试验荷载作用下的理论计算值 (Sstat) 的比值Se/Sstat满足条件:β

②量测的残余变形值 (Sp) 与量测的总变形值 (Stot) 比值满足条件:Sp/Stot≤a1。本桥取α1=0.25。

各荷载工况下, 各控制截面残余变形值Sp与总变形Stot的比值见表3。

③量测的最大变形或力总值 (Stot) 不应超过设计标准的容许值。各工况下应力测试结果如表4～表6所示。各工况下挠度测试结果如表7～表9所示。

工况Ⅱ跨中挠度实测值Stot=0.99mm≤[Δ]=L/600=41.7 mm, 因此满足设计要求。

④试验荷载作用下裂缝宽度不应超过设计允许值, 且卸载后应闭合到小于容许值的1/3。原有其它裂缝 (如施工裂缝、收缩裂缝、温度裂缝等) , 受载后也不应超过标准容许宽度。

本桥加载试验前, 主梁未发现微裂缝, 最大荷载作用下, 危险截面未产生裂缝, 故满足设计要求。

注:表7～表9中负值表示上挠, 正值表示下挠。

3 结论

(1) 静力加载试验共动用30吨重车6辆, 对该桥进行了应力测试及挠度测试, 并对可能开裂部位进行了裂缝观测, 试验中未出现任何异常情况。

(2) 该桥实测桥面最大挠度绝对值为0.99 mm, 远小于《桥规》规定的L/600的要求, 表明该桥具有良好的刚度。

(3) 该桥在试验荷载作用下, 静力承载能力良好, 满足设计要求。

摘要：为了检验预应力混凝土连续箱梁桥的施工质量, 检验其安全性是否满足设计要求。根据预应力混凝土连续箱梁桥的静载试验结果, 对该桥的安全性能进行评定。

关键词：预应力混凝土,连续箱梁桥,静载试验,安全性评定

参考文献

[1]交通部公路科学研究所等单位编, 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》, 人民交通出版社, 1982年。

[2]中华人民共和国交通部标准, 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTGD62—2004) , 人民交通出版社, 2004年。

[3]中华人民共和国交通部标准, 《公路桥涵设计通用规范》 (JT-GD60—2004) 。

[4]章关永, 《桥梁结构试验》, 人民交通出版社, 2002年。

预应力混凝土箱梁桥 篇5

混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

在国内外梁桥上部结构控制技术及其发展趋势基础上,结合桥梁施工监控实例,进行了有针对性的研究.由于连续箱梁桥施工过程中结构受力复杂,材料参数、环境影响时变性较强,施工监控的.目的就是要保证桥梁成桥线形及受力状态符合设计要求,以免出现质量和安全事故隐患.有效的组织管理,分析、反馈施工现场的真实状态,同时进行结构仿真分析,在现代桥梁施工中起到重要的作用.

作 者：左登发 ZUO Deng-fa 作者单位：合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽,合肥,230009刊 名：工程与建设英文刊名：ENGINEERING AND CONSTRUCTION年，卷(期)：23(2)分类号：U445.4关键词：连续钢箱梁桥 施工监控 组织管理 结构仿真分析

浅析预应力混凝土箱梁裂缝成因 篇6

关键词:预应力;混凝土箱梁;裂缝

中图分类号:U445.71文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)22-0149-02

1 使用混凝土箱梁的优点

在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中,当跨度超过40m后,横截面大多采用箱形截面。其主要优点是:

①箱形截面是一种闭口薄壁截面,其抗扭刚度大,截面效率指标较T形截面高,结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性。②顶板和底板面积较大,能有效地承担正负弯矩,并能满足配筋的需要,适应具有正负弯矩的结构,也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。③适应现代化施工方法的要求。④承重结构和传力结构相结合,使各部件共同受力,截面效率高并适合预应力混凝土结构的空间布束,因此具有较好的经济性。⑤对于宽桥,由于抗扭刚度大,内力分布比较均匀,跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布。⑥适合于修建曲线桥,并具有较大的适应性。⑦能很好适应布置管线等设施。在设计上,箱形截面可极大地发挥预应力地效用。可提供很大地混凝土面积用于预应力束地通过,更关键地是可提供较大地截面高度,使预应力束有较大的力臂。因此,桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点,顶底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合的空间曲线,集中锚固在腹板顶部的承托中(或锚固在腹板中),底板钢束尽可能靠近腹板加厚板(齿板)并在其上锚固。

2预应力连续箱梁裂缝的成因

预应力连续箱梁的裂缝类型主要有:边跨斜裂缝,边跨水平裂缝,中跨斜裂缝,中跨水平裂缝,边跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生,中跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生,底板、顶板纵向裂缝,底板、顶板横向裂缝、箱梁横隔板的放射性裂缝,预应力锚固部位齿板附近裂缝。

预应力混凝土连续箱梁裂缝从成因角度可分为:由荷载效应(如弯矩、剪力、扭矩及拉力等)引起的裂缝、由外加变形或约束引起的裂缝,主要包括“基岩效应”、地基不均匀沉降、混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂缝、预加力次效应引起的裂缝、建材原因引起的裂缝。

根据裂缝产生部位的不同我们可将其分为:翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝两种。

①翼缘板横向裂缝一般发生在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板处,横向裂缝一般均发生在跨中底板翼缘。对于连续箱梁,横向裂缝还发生在支座负弯矩处的顶板翼缘,并且大部分出现在距支点1/3跨径范围以内,越靠近支点裂缝越严重,对于该类型裂缝,主要有以下原因引起,首先,设计时翼缘板有效分布宽度考虑不足,薄壁箱梁翼缘板有效分布宽度问题实际上就是剪力滞问题,由于理论计算剪力滞效应较为繁琐,不适于工程应用,各国普遍采用有效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不足或计算值安全储备较低,在一些特殊荷载工况下容易发生应力过度集中,腹板处翼缘应力波峰超过允许值,因而首先在该处发生横向裂缝。在多年反复荷载的作用下,裂缝横向发展,向翼缘板中部扩展,以至于形成横向通缝。对于薄壁箱梁桥的翼缘板横向裂缝,病害原因多归于此。其次,混凝土徐变引起横向裂缝,在长期荷载作用下,受混凝土徐变影响,箱梁在运营6～7年后跨中均有不同程度的下挠现象。较大的形变引起箱梁应力重分布,给结构带来附加被动应力。由于结构所受到的外荷载不变,各截面应力增加是由附加弯矩不断变化引起的,附加弯矩随时间不断增加,直到混凝土徐变停滞为止。

同时,预应力松弛也会引起横向裂缝,对于预应力混凝土结构,箱梁内部预应力对结构应力状态有较大的影响,随着桥梁运营时间的增长,预应力钢束发生松弛效应,并且越来越明显。在现代施工中一般采用低松弛钢绞线材料,并且规范张拉工艺,但在具体操作中难免会出现与规范不相吻合的情况,力筋长期持荷加之混凝土收缩徐变影响,预应力损失也是相当严重的。同时,选用钢筋不合理也会引起横向裂缝,对于普通钢筋混凝土箱梁,钢筋与混凝土的粘结力对结构的整体刚度和裂缝的扩展有较大的影响。我们应该选用表面不光滑、化学吸附作用和握裹力都较强的预应力钢筋。

②腹板斜裂缝一般发生在支点至1/4跨之间。对于预应力和非预应力箱梁,在施工阶段以及在运营阶段,腹板经常出现斜裂缝,斜裂缝同样有多种因素引起,有设计计算、设计构造配筋、施工工艺、气候条件、日常维护、荷载工况等。部分因素在导致翼缘板出现横向裂缝的同时也是腹板斜裂缝的主要原因,首先,预应力损失过大导致腹板主拉应力过大,由于纵向预应力损失的存在,部分预应力损失超过设计计算值导致截面抗弯承载力严重下降,从而产生翼缘板横向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结构,预应力损失也是腹板斜裂缝的主要病害原因,预应力损失量估计不足或者在实际张拉过程中操作不当引起应力损失量加大等情况经常发生,导致力筋的有效预应力达不到设计要求,从而腹板因主拉应力超过容许值而发生开裂。竖向预应力钢筋较短,张拉后少量的回缩即可产生较大的预应力损失,分批张拉产生的弹性压缩可以使预应力损失达11%,如果有超张拉情况,其损失率更大。悬臂对称施工时,挂篮一般后锚于竖向预应力螺纹钢上,在施工荷载的作用下,预应力损失也比较大。其次,温度梯度过大会导致腹板剪切应力过大,从而产生腹板斜裂缝。在阳光充足的地区,太阳直射桥面,因而桥面板温度急剧升高,靠近水面的底板温度较低,两者形成温度梯度。对于目前普遍采用的大跨度、变截面箱梁,随着截面高度变化幅度的增加及箱梁长度和支撑约束的增加,温度梯度应力沿梁长方向变化较快,对于气温变化较为强烈的地区,由于顶板翼缘受外界温度影响较大,随外界气温变化波动较为明显,导致腹板拉压应力交替频繁,在应力幅度变化较大的区域也容易出现斜裂缝。同时,腹板抗剪强度设计值不足也会造成腹板斜裂缝的出现。设计薄壁箱梁的首要目的是减轻结构自重,降低材料使用量,所以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。箱梁腹板面积与抗剪承载力有密切的关系,而薄壁箱梁腹板面积与普通箱梁相比是小得多得,在无预应力作用情况下,腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的条件下,其提高值亦是有限的。所以,薄壁箱梁腹板抗剪能力相对于普通混凝土箱梁较小,斜裂缝容易发生。

3结 语

预应力箱梁在正常使用极限状态下不应该出现梁体裂缝,但是已建预应力混凝土箱梁桥上的开裂情况却非常普遍,因此我对预应力混凝土箱梁桥典型裂缝成因进行了系统总结,望能为混凝土箱梁的设计和施工起到一定的参考价值。

参考文献:

[1]范立础,顾邦安.桥梁工程(上册)[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]杨文化.预应力混凝土连续箱梁桥腹板抗裂性研究[D].长沙:湖南大学,1999.

[4]陈性凯.广州华南大桥箱梁裂缝的初步分析[J].中国市政工程,1997,(3):27-29.

[5]李少波.混凝土桥梁上部结构裂缝综述[J].铁道勘测与设计,1998,(1):6-10.

预应力混凝土箱梁桥 篇7

1 工程概况

新民至铁岭高速公路起始于新民市东城区巨流河镇北, 终止于铁岭县腰堡镇范家屯, 线路总长74.6km, 是国家高速公路网规划中辽宁中部环线高速公路的重要路段。项目终点附近腰堡北互通立交A匝道桥系本文分析采用的桥梁, 该桥上跨G102国道, 上部结构为30+35+30m预应力混凝土连续箱梁。

2 影响因素

连续箱梁的应力控制设计力求箱梁在施工阶段及正常使用阶段截面上下缘的应力值尽可能的均匀, 最大压应力、主拉应力过大, 最小压应力过小或出现较大的拉应力, 均不是好的设计。影响应力控制设计的因素有很多, 本文主要从以下几个方面分析考虑:

2.1 预应力构件类型, 即全预应力构件或A类构件 (B类构件实际应用较少, 本文暂不考虑) 。

2.2 梯度温度作用。

2.3 支座沉降。

3 应力控制设计

3.1 预应力构件类型。

经分析, 最小正应力计算结果有所区别, 并且除墩支点下缘外, A类构件的压应力储备均大于全预应力构件。由04规范6.3.1条可知, 调整为A类构件后由钢束在混凝土边缘产生的压应力储备不再加以20%折减, 因此短期效应组合后多数断面的压应力储备均有所增加。至于墩支点下缘压应力储备变小, 甚至出现拉应力, 是由连续箱梁自身的受力特点决定的。不考虑钢束作用时, 在一、二期恒载及汽车活载作用下, 墩支点处产生较大的负弯矩, 为抵消箱梁上缘因此产生的拉应力, 多数钢束基本从靠近箱梁上缘的位置通过, 因此钢束对墩支点截面下缘的应力作用结果是拉应力。调整为A类构件不考虑折减后, 墩支点下缘的压应力储备必然减少。

进一步对比可以看出, 调整为A类构件后, 跨中截面下缘的压应力储备增加值大于截面上缘, 主要因为跨中截面钢束主要从下缘通过, 即截面下缘对应于20%折减的应力“基数”值要大于截面上缘。

因此, 应力控制设计之前, 首先应该明确连续箱梁的预应力类型;其次, 本着上下缘应力均匀控制的原则, 应根据预应力类型适当调整钢束在竖向截面的位置, 或者根据需要直接减少钢束的根数。

3.2 梯度温度作用。

桥梁结构因自然条件变化而引起的温差效应可归纳为年温度变化和日温度变化两个原因, 年温度变化导致桥梁结构纵向均匀的位移, 对文中分析的预应力混凝土连续箱梁不会引起温度次内力;日温度变化作用使桥梁结构沿高度方向形成非线性的温度梯度, 也称为梯度温度作用, 依据《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》计算不同沥青混凝土铺装层厚度时墩支点处箱梁截面产生的温度应力 (以下计算均按全预应力构件计算) , 如表1所示。

可以看出, 即便采用10 cm沥青砼铺装, 箱梁截面上缘产生的拉应力也达到-2.87MPa, 而公路-I级活载在该位置产生的拉应力仅为-1.29MPa, 在跨中截面产生的最大拉应力也不过-1.75MPa, 显而易见, 梯度温度作用对连续箱梁的应力设计起一定控制作用。另外, 由于日照直接作用于箱梁的上表面, 梯度温度对截面上缘的影响明显大于下缘;随着沥青砼铺装厚度的减少, 截面上下缘的应力逐渐增加, 直接采用砼铺装时, 产生的梯度温度应力是很大的。应力控制设计时, 如果采用增加钢束或上移钢束位置来克服墩支点截面上缘较大的拉应力, 必然会导致最大正应力的增加, 以致不满足规范要求, 应力控制效果不会特别理想。

注:正值表示压应力, 负值表示拉应力。

因此, 应力控制设计之前首先应该合理选择铺装层的类型及厚度, 若采用不利的铺装类型且应力控制效果不理想时, 鉴于梯度温度直接作用于铺装顶面, 建议考虑沥青砼铺装层和桥面现浇层对梯度温度的影响, 即对温度应力进行适量的折减, 之后再进行应力控制设计。

3.3 支座沉降。

桥梁通车运营后, 在恒载和活载长期作用下, 箱梁支座因基础变位或多或少会产生一定的沉降位移。由于连续箱梁为超静定结构, 不同桥墩对应的支座沉降不等时, 箱梁截面上下缘将产生一定的附加应力。以本桥为例, 计算不同支座沉降时墩支点处箱梁截面产生的应力, 如表2所示。

可以看出, 截面应力随沉降数值线性增加, 不均匀支座沉降值较大时, 对截面上下缘的应力控制设计影响较大, 因此, 应严格控制桥梁的基础变位, 使各桥墩基础坐落于较均匀的地质岩层中, 避免大的不均匀支座沉降;另外, 支座沉降对截面下缘的拉应力影响大于上缘, 桥位处地质条件较差, 不均匀支座沉降相对较大时, 应在截面下缘设置一定的钢束来克服沉降产生的拉应力。

结束语

本文以应力控制设计为核心, 以钢束调整为途径, 分别从预应力构件类型、梯度温度作用以及支座沉降等几个方面介绍应力控制设计需要注意的几个问题, 并给出如下结论:

应力控制设计之前, 首先应明确连续箱梁的预应力类型, 根据选择的类型调整钢束在截面竖向的位置;合理选择铺装层的类型及厚度, 采用不利的铺装类型且应力控制效果不理想时, 建议考虑铺装对梯度温度作用的折减影响;严格控制桥梁的基础变位, 避免大的不均匀支座沉降, 难以避免时, 应在截面下缘设置一定的钢束来克服应力;整体现浇连续箱梁仅配置纵向钢束时, 主拉应力必然存在;墩支点两侧主拉应力偏大时, 应通过钢束起弯角调整来进行改善。

参考文献

预应力混凝土箱梁桥 篇8

预应力混凝土连续箱梁桥由于具有刚度大、整体性好、施工简便快捷、相对造价低等优点, 在工程中得到广泛应用, 尤其应用于跨度小于50 m的中、小跨度桥梁。普通桥梁高跨比一般为1∶15, 预应力桥梁可减小至1∶20甚至更低, 在一定程度上降低了连续梁桥的工程造价, 使桥梁朝着更纤细的方向发展, 保持了桥梁的美观。然而, 随着经济的发展, 部分地区交通流量超过设计预期, 且车辆超载、超限现象普遍, 加上桥梁受温度变化、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降、预应力损失和施工措施不当等因素的影响, 致使部分桥梁出现裂缝或线形下挠等病害, 结构安全储备降低, 影响了桥梁承载能力和使用寿命, 使桥梁出现重大的安全隐患[1,2,3]。

某高速公路立交枢纽工程跨度为 (38+2×50+38) m, 设计荷载等级为汽-超20, 挂-120。箱梁结构为单箱双室 (见图1) , 底板宽7.6 m, 顶板宽11.8 m, 两侧翼缘悬臂长2.1 m, 梁高2.5 m, 顶板厚20 cm, 底板厚20~60 cm, 腹板厚40~55 cm。经过多年的运营, 该桥病害非常严重, 梁体裂缝不断发展及新增, 梁体的受力状况不断恶化。主要病害如下: (1) 该桥箱梁跨中区段底板存在横桥向裂缝193条, 分布在各跨跨中, 大部分裂缝延伸至底板, 并沿着底板发展至翼缘呈U形裂缝, 裂缝宽度0.25~0.38 mm, 裂缝长度为11.6m; (2) 纵向裂缝68条, 分布在第4跨底板边缘, 最长30.5 m, 裂缝宽度0.2 mm; (3) 腹板存在竖向裂缝149条, 大部分位于底板向上延伸的裂缝, 沿桥跨方向无规律分布, 裂缝最长11.6 m, 宽度为0.15~0.5 mm, 箱室内部跨中附近, 边腹板和中腹板内侧有大量竖向及斜向裂缝, 裂缝宽度最大为0.3 mm; (4) 部分预应力管道未灌浆。

2 加固方案

对病害原因进行分析认为预应力损失是桥梁病害发生的主要原因。加固方案主要从既有病害处理、增加预应力束等方面进行处理, 主要加固方案如下:

(1) 对箱梁各跨存在的裂缝、混凝土破损、空洞、钢筋外露锈蚀、大面积修补、预应力管道未注浆等病害按常规措施进行处理。

(2) 在箱梁端横梁、顶板相应位置开槽、植筋、浇筑锚固块, 在底板相应位置开孔并安装转向装置, 在底板下缘布设8束15Φs15.2的体外预应力钢束加固, 见图2、3。在箱梁底板纵向粘贴30 cm宽、8 mm厚钢板条加固。

(3) 在箱梁腹板外植筋加厚腹板, 端部锚固区域加厚50 cm, 跨中加厚20 cm, 并在腹板加厚层内增设4束15Φs15.2钢束。

(4) 凿除原桥面铺装, 在箱梁顶种植剪力钢筋, 重新浇筑桥面补强层和3 cm厚SMA-10薄层沥青混凝土。

3 加固监测重难点分析

本桥加固过程中牵涉到桥梁上部结构箱梁及桥面的重大改造及维修, 为使加固结果能达到设计成桥状态, 并保证在加固过程中的桥梁安全, 避免加固过程中出现二次病害, 在加固实施过程中对桥梁进行加固监测, 加固监测采用连续化监测策略, 加固过程中的监测重难点如下:

(1) 新旧混凝土协同工作监测:由于施工中混凝土存在新旧混凝土加载龄期差异大, 材料收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响, 需要对新旧混凝土的协调共同工作进行监测。

(2) 应力与挠度监测。体外预应力张拉过程中对箱梁主要断面应力及挠度进行监测。

(3) 裂缝宽度监测。加固过程中, 既有裂缝宽度扩展及深度扩展是本项目的控制性指标, 保证在加固过程中既有病害不扩展, 并尽量保证不产生新的病害。

4 加固过程监测

4.1 测点布置

桥梁应力及挠度监控是预应力混凝土连续箱梁加固过程2个重要监测指标, 图4为箱梁挠度应力监测测点断面布置图。挠度测点布置在桥面混凝土护栏内侧, 应力测点主要布置在箱梁底板及箱梁内顶板, 并将挠度及应力测点布置在同一断面。

4.2 应力监测与分析

加固方案 (1) 、 (2) 流程中应力变化小, (3) 、 (4) 流程中应力变化客观。预应力张拉过程中, 边跨跨中底板应力值见图5, 中跨跨中顶、底板应力值见图6。图5显示在预应力束张拉过程中, 第1、4跨实测的压应力为5.6 MPa、6.3 MPa, 较理论值7.5 MPa小, 接近达到张拉效果;图6显示在预应力张拉过程中, 中跨顶部实测应力值分别为-0.73 MPa、-1.6 MPa, 顶板压应力理论值为-1.37 MPa, 底板实测应力值分别为-4.9 MPa、-4.12 MPa, 底板理论值为-3.56 MPa, 达到张拉效果。

本桥二恒施工采用逐跨浇筑混凝土的方案, 浇筑顺序为从第1跨至第4跨, 浇筑速度为10 m/h, 每跨浇筑时间分别为3.8 h、5 h、5 h、3.8 h, 而混凝土初凝时间大约为6 h, 当桥面铺装层施工至第4跨时, 第1、2跨桥面铺装层混凝土完成初凝, 桥面铺装层与箱梁形成整体刚度, 共同受力。因此桥面二恒既是荷载, 也是桥梁结构刚度。

桥面二恒施工过程中理论与实测应力值见表1, 其中理论分析将二恒视作荷载, 不考虑其对桥梁刚度的贡献, 中跨及边跨顶底板理论应力值分别相等。而表1显示桥面二恒施工过程中, 第1跨底板拉应力为1.05 MPa, 第4跨底板拉应力为0.77 MPa, 说明在第4跨二恒施工过程中, 第1、2、3跨桥面二恒与箱梁形成整体刚度, 使第4跨底板拉应力减小。

综合整体应力监测结果, 中跨跨中底板最终新增压应力储备为3.3 MPa, 边跨底板最终新增压应力储备为4.05 MPa。

4.3 挠度监测及分析

预应力张拉过程中桥梁挠度图见图7, 其中N1、N2预应力束同步张拉, N3~N7预应力束同步张拉。图7显示N1、N2预应力束同步张拉过程中, 第1、4跨跨中挠度实测分别为5.7 mm、3.1 mm, 理论值为3.6 mm;第2、3跨跨中挠度实测值为3.9 mm、6.1 mm, 理论值分别为2.9 mm;预应力束N3~N7同步张拉过程中, 第1、4跨跨中挠度实测分别为5.7 mm、3.1 mm, 理论值为5.6 mm;第2、3跨跨中挠度实测值为6.1 mm、6.1 mm, 理论值为3.5 mm。

桥面二恒施工过程中的桥梁挠度见表2。表2显示桥面二恒施工过程中, 第1跨跨中左右两侧分别下挠1.7 mm、1.9 mm, 第2跨跨中下挠大约8.9 mm, 第3跨跨中下挠大约8.1mm, 第4跨跨中下挠大约1.3 mm。监测结果最终显示中跨跨中线形上拱约4 mm。

4.4 裂缝监测

体外索张拉过程中, 裂缝监测显示既有裂缝宽度明显减小, 对桥梁性能改善明显, 梁体刚度得到提高。

5 荷载试验

加固前、后均对桥梁进行了静力试验, 试验结果见表3。表3显示加固前第1跨跨中的挠度校验系系数最大达到1.48, 加固后减小为0.95, 在规范值允许范围内, 残余率为0.1;加固前第1跨跨中的应力校验系数大于0.9, 加固后为0.95, 在规范值允许范围内。加固前第2跨跨中的挠度校验系数最大为1.48, 加固后为0.95, 在规范值允许范围内, 残余率为0.1;加固前第2跨跨中的应力校验系数最大为4.2, 加固后为0.95, 在规范值允许范围内。

静力试验显示, 加固后桥梁刚度及强度均满足桥梁规范要求。

6 结论

通过桥梁加固中的连续监测及分析, 总结如下:

(1) 体外预应力束提高了箱梁关键部位的压应力储备, 对后续桥梁运营安全有利;

(2) 体外预应力束能有效地抑制桥梁裂缝扩展, 使结构原有裂缝闭合, 可有效提供桥梁刚度及承载能力;

(3) 通过体外预应力张拉过程中实测数据与理论数据的对分析, 体外束张拉后各项性能指标达到维修加固设计要求。

(4) 连续箱梁桥通过施加体外预应力, 并结合维修补强措施, 恢复了原设计正常使用承载能力, 通过对通车运营后桥梁的观测, 桥梁未出现新的病害, 原有裂缝也未见扩展, 达到了桥梁加固的目的。

摘要：某预应力混凝土连续箱梁桥在长期运营过程中出现箱梁下挠、斜向裂缝及U形裂缝等病害, 严重影响桥梁运营安全, 文章对其加固设计进行介绍。通过增大腹板截面、增加体外预应力索及重做桥面铺装等措施提高箱梁刚度, 改善箱梁整体应力水平, 提高箱梁压应力储备。梁体应力及挠度的监测结果表明, 箱梁顶、底部具有较大的压应力储备, 裂缝闭合明显;荷载试验检测表明, 梁体的强度和刚度校验系数均满足规范要求, 达到预期加固效果。

关键词：预应力混凝土箱梁,加固,体外预应力,校验系数

参考文献

[1]丁峰, 巍华, 徐栋, 等.体外预应力砼桥梁锚固结构分析及配筋研究[J].现代交通技术, 2005, 2 (1) :36-41.

[2]程辉.轨道交通桥梁运营期桥面线形监测数据分析研究[J].桥梁建设, 2011, 8 (6) :32-37.

预应力混凝土箱梁桥 篇9

1 工程概况

肇庆大桥是连接广肇高速公路跨越西江干流的一座特大型桥梁,由南引桥、主桥、北引桥Ⅱ、北引桥Ⅰ四部分组成,其中主桥为86+4×136+86=716 m六孔预应力混凝土连续箱梁。主桥上部结构为单箱单室大悬臂箱梁形式,底板宽10 m,顶板宽22 m,两侧悬臂各6 m,梁高为3 m～8 m,底板厚为0.3 m～1 m,箱梁底缘按二次抛物线变化,采用纵向、竖向及横向三向预应力体系,除0号块和合龙段外,每个T构对称分为18个施工节段,最重227 t,最长4.5 m,采用悬臂平衡浇筑法施工。

肇庆大桥主桥连续箱梁施工线形控制采用了事前控制的方法,在每段箱梁浇筑混凝土前根据已施工梁段的标高与原设计标高的偏差重新调整计算模型的相应参数,再计算出混凝土浇筑前的模板标高,使施工出来的箱梁线形与原设计线形最吻合。

2 施工控制方法

1)施工控制目的。施工过程中难免会出现偏差,施工控制目的是通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测,并根据监测结果及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值,使大桥建成时最大可能地接近设计的几何线形,确保结构受力良好[3]。

2)施工控制原理。肇庆大桥主桥箱梁的线形控制是通过对每一块段在各种工况状态下的高程控制来实现的。当结构(在某一工况)测量到的绝对高程与模型计算结果不相符时,通过将误差输入到参数辨识算法中去调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实际测量到的结果一致,得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态。这样与实际结构相一致,在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。

3)必要的测试。a.挂篮预压试验,以消除挂篮的非弹性变形,获取弹性变形值,为预报挂篮定位标高提供依据。b.预应力管道摩阻损失测试,目的是推算结构的有效预应力,进而推算预应力张拉时主梁产生的挠度。c.结构混凝土的弹性模量测试,为计算结构混凝土的收缩徐变变形提供依据。

4)施工控制流程(见图1)。

5)具体施工控制方法与过程。

a.按照监控小组预报的挂篮定位标高定位挂篮,由施工单位测量定位后的挂篮标高,经监理工程师认可后,提供给监控小组,挂篮定位标高测点布置如图2所示。

挂篮定位标高由下式确定:

其中,y为纵向本次浇筑梁段最前端底板的标高;ΔH为本梁段定位标高与上一梁段前端测点标点之差;ΔY为上一梁段前、后测点标高之差的预计值;L1,L2分别为上一梁段的长度与本梁段的长度。

b.块段钢筋模板安装完毕后,混凝土浇筑前,测量所有已施工梁段的高程测点,复测挂篮定位标高,墩顶水平位移,经监理工程师签认后报控制小组。梁段高程测点布置见图3。其中,测点1,3,5控制桥面横坡线形;6,7,8控制主梁底缘线形;2,4控制各种因素引起的主梁挠度线形。

c.监控小组分析测量结果,如需调整,给出调整后的标高。

d.块段混凝土浇至一半时,测量挂篮定位点标高,测量已浇梁段端部的测点标高。

e.混凝土浇完后第2天,测量所有已施工梁段上的测点标高,以及本梁段端部梁底和梁顶的测点标高,建立梁顶测点与梁底测点的标高关系,经监理工程师认可后提供给监理小组。

f.梁段预应力钢筋张拉完毕后,测量所有已施工梁段的标高测点(2,4),经监理签认后提供给施工控制小组。

g.监控小组分析测量结果,根据上一施工周期梁底标高测量值等,预报下一施工周期的挂篮定位标高。

h.标高预报值经设计单位进行其他验算,与监控小组会签后交给监理单位。

i.监理单位将上述预报标高最后核定后交给施工单位执行

6)施工控制注意事项(要点)及特殊情况处理。

a.为消除日照温差对主梁标高的影响,梁段混凝土浇筑后的标高测量及预应力钢筋张拉后的标高测量,必须在一天中0:00～6:00进行。b.挂篮的定位是在白天进行的,而监控小组提供的定位标高是以0:00～6:00的理论绝对标高作为参考值的,故挂篮定位时标高确定应考虑温差的影响,具体做法是:测出定位挂篮时的ΔH′,再与0:00～6:00测出的ΔH作比较,两者之差(ΔH′-ΔH)与挂篮定位标高y之和,即为该时刻的挂篮定位标高,即y′=y+ΔH′-ΔH。c.梁段混凝土浇筑前,应紧固挂篮后锚,确保挂篮前吊带受力均匀,在浇筑混凝土过程中及时测量挂篮前端的沉降,发现实际沉降量与预留量不符时,及时调整前吊带顶端的千斤顶。d.合龙前应对相邻的两个T构悬臂端2个～3个节段进行通测,以便互相协调,确保合龙精度。

7)施工控制效果。已完成施工的梁段标高与理论值偏差小,都在误差允许范围内,见表1。

3结语

1)切实做好挂篮的预压试验,测出挂篮的弹性变形值,为各梁段设置预拱提供可靠依据。2)施工过程中严密观测挂篮的变形情况,若有异常,及时采取控制措施。3)加强对各施工节段每个工况的标高观测,为监控小组提供可靠的测量数据。

参考文献

[1]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]郭金琼.箱形梁设计理论[M].北京:人民交通出版社,1991.

预应力混凝土箱梁桥 篇10

预应力混凝土连续箱梁高架桥建于2006年, 全桥主线共109孔, 为分离式双幅桥, 共39联, 桥梁总长3 108.3 m。该桥第1, 2联拆除, 其余联老桥利用, 为及时消除结构安全隐患, 提高支座的承载能力和耐久性, 延长桥梁结构的使用寿命, 对该桥支座进行更换。

主线桥上部结构平面位于直线段和圆曲线上, 根据总体设计的要求, 分为上、下行两幅桥组成, 标准单幅桥梁宽度为13 m。预应力混凝土变截面连续箱梁联的支座采用盆式橡胶支座, 其余现浇箱梁联的支座均采用板式橡胶支座, 组合箱梁联的支座采用球冠橡胶支座, 全桥板式支座715个, 球冠支座212个, 盆式支座16个, 全桥支座共计943个。

2 支座病害情况

该桥支座存在的主要病害情况为共有40个板式橡胶支座有明显破损、开裂, 其中部分支座鼓胀明显, 已影响支座正常使用功能, 评定标度为4;多数板式橡胶支座处于标度1~3中, 支座有轻度功能性损害;标度为3的板式支座所占全联支座达80%以上的桥梁共有4联;球冠支座有1个完全脱空, 标度为4, 影响桥梁正常使用, 有1个支座有轻微斜向裂缝, 标度为2, 其余球冠支座状态较好;有1个过渡墩盆式支座上钢板偏离较大, 标度为3, 有1个支座钢盆内橡胶挤出, 出现轻度功能性病害, 部分支座钢板有锈蚀。

3 支座更换施工特点

该桥箱梁支座更换施工采用顶升工艺。该桥顶升系统设计难度较大, 需顶升的箱梁最大长度达90 m, 共三孔, 每个桥墩处需对称墩原支座两侧布置至少6个千斤顶, 全联达48个, 因此各千斤顶并联后的同步控制系统较复杂, 设计难度较大, 需选择专门的顶升设备进行施工。临时支撑系统布置难度较大, 需顶升的箱梁为纵、横双向预应力体系, 受力复杂, 临时支撑点必须位于原箱梁的永久支撑点附近, 同时支撑点应设置在墩顶, 故可利用的临时支点位置较少, 扣除墩顶升布置顶升千斤顶位置后, 难以利用其作为临时支撑系统的基础, 需采用自锁式超薄液压千斤顶 (顶升与临时支撑为一体) 。顶升系统的同步性及临时支撑的不均匀沉降, 考虑箱梁为纵、横双向预应力体系, 受力复杂, 如何控制顶升过程中或落梁后的液压同步控制系统同步性及临时支撑的不均匀沉降不超出结构受力要求, 是顶升成败的关键性要求。

4 支座更换顶升施工

支座更换施工可分为施工准备、箱梁顶升、支座更换以及落梁等。

4.1 施工准备

施工准备包括对桥墩检查、支座垫石凿除和表面处理、箱梁顶升、更换支座以及施工监测点的布设等。现场检查主要包括墩柱检查、箱梁检查、伸缩缝检查。同时在箱梁顶升、支座更换过程中也随时进行跟踪检查。

墩柱检查主要是检查墩身是否有裂缝、破损等缺陷, 在施工过程中以及施工完成后都要检查, 以免既有病害对支座更换施工造成不利影响。另外要检查支座更换施工是否有新的损伤产生。对支座垫石中心线位置进行放样, 标定支座区域内支座垫石顶面距楔块底面的实际净高, 作为落梁前净高的控制依据。测试前应在支座周边设置4个固定观测点, 并在整个施工过程中加以保护。

箱梁检查主要是检查箱梁腹板、底板、顶板是否存在裂缝病害, 对既有病害应详细记录、标记, 必要时在支座更换过程中对裂缝宽度变化进行监测, 以确保结构受力安全。

伸缩缝检查主要是顶升前必须保证顶升联梁端伸缩缝内的清洁, 防止顶升过程中伸缩缝橡胶条的破损。

4.2 预应力混凝土连续箱梁的顶升

预应力混凝土连续箱梁在顶升过程中, 采用顶升力和顶升位移进行双控的原则。当预应力混凝土箱梁支座更换的顶升力接近设计吨位时, 应放缓顶升速度, 并记录各顶升点的实际顶升力和位移量。反复调整各千斤顶的油压, 使各点的压力与上部结构基本平衡以及位移同步。然后保持每个千斤顶的顶升力不变, 分级将桥梁抬升至满足支座更换施工所需的空间高度, 利用千斤顶螺母机械锁定千斤顶, 以免出现松动现象。在预应力混凝土箱梁顶升施工过程中, 应严格控制同一联中各桥墩之间的顶升高差, 在横桥向也应同步顶升。在同一联预应力混凝土箱梁的各桥墩的支座顶升位移差不大于1 mm, 同一桥墩横桥向的支座顶升位移差不大于0.3 mm。为确保预应力混凝土箱梁在支座更换施工期间的安全, 在支座拆除、墩顶垫石凿除、新垫石浇筑等施工时间, 应锁定千斤顶的顶升力, 确保支座更换施工过程中顶升力的稳定和预应力混凝土箱梁的受力安全。

4.3 更换支座

更换支座施工阶段主要包括取出原支座、垫石的凿除、取出支座内橡胶和垫块, 将支座钢盆和垫石预埋钢板焊接固定、确定新浇下垫石厚度、组装好支座各部件并安装在相应位置、支座上钢板和楔块预埋钢板焊接、支座下钢板和垫石竖向钢筋焊接固定、重新浇筑支座混凝土垫石。

4.4 落梁施工

在落梁前, 先解除支座临时锁定装置, 千斤顶加油至可以卸除千斤顶机械锁定螺母, 然后同步进行千斤顶回油。在落梁施工过程中, 严格控制同一联预应力混凝土箱梁各桥墩和同一桥墩横桥向的同步回落。另外, 落梁前需对同一桥墩各支座垫石顶面至楔块底面的净距进行量测, 以使各支座处净距相同, 确保落梁后同一桥墩各支座受力均匀。净距测量点位采用施工准备阶段所设的永久点。落梁后对支座混凝土垫石采用高强早强无收缩自密实砂浆修补完整, 并对所有外露的钢板进行防锈处理。

5 支座更换施工监控

在预应力混凝土连续箱梁的顶升和回落施工过程中, 预应力混凝土连续箱梁可能产生附加内力, 因而要对梁体的关键截面的应力、位移等进行施工监控, 并对可能产生的裂缝情况进行观测。

5.1 预应力混凝土连续箱梁位移监控

在预应力混凝土连续箱梁的底板两侧设置百分表, 通过百分表的读数控制顶升量并控制梁体的转动。在顶升施工过程中, 要确保同一桥墩顶百分表的读数变化一致;同时为防止施工过程中碰到百分表导致读数有误, 分别在墩顶四角位置设置固定观测点, 采用游标卡尺进行测量, 并和百分比读数相互校核, 并为新浇筑垫石厚度计算提供数据。具体测点布置详见图1和图2。

5.2 预应力混凝土连续箱梁应力监控

在支座更换施工过程中, 对预应力混凝土连续箱梁的支点截面、跨中截面等关键截面进行应力监控, 在施工过程中, 如实测应力值与理论计算应力值出现较大差异, 则应立即停止施工, 查找原因并及时进行施工调整。应力监测采用振弦式传感器和配套的读数仪进行测试, 具体测试截面和测点布置详见图3和图4。

5.3 裂缝观测

裂缝观测主要是对预应力混凝土连续箱梁主要受力截面的既有裂缝和可能出现的裂缝进行观测。在支座更换施工前, 对梁体既有裂缝进行长度、宽度的测量, 并作好记录。在顶升过程中, 对既有裂缝观测其宽度及长度的变化情况, 同时检查有无新增裂缝, 做好裂缝性状的记录与分析。

6 结语

桥梁支座存在的病害会直接影响桥梁结构的正常使用, 需要及时对病害支座进行更换。该桥梁支座更换施工成功经验表明用顶升法更换有病害支座的方法是可行的, 也可供同类型其他桥梁支座更换施工参考。

摘要：以某高架桥支座更换工程为例, 在阐述该桥支座病害的基础上, 对该桥的支座更换施工关键技术进行了详细介绍, 并对该桥进行了施工监控量测, 成桥和施工监测结果表明顶升法更换有害支座是可行的。

关键词：支座更换,预应力混凝土连续箱梁,施工工艺,监测

参考文献

[1]刘玉成, 王新定.香河大桥施工控制技术研究[J].山西建筑, 2014, 40 (1) :183-185.

[2]徐尚村, 王新定, 曾晓青.宽幅变截面连续箱梁底板纵向裂缝成因及对策[J].山西建筑, 2010, 36 (1) :172-173.

[3]陈雪峰, 喻小林, 王新定, 等.扁河桥静载试验分析[J].交通科技与经济, 2008, 10 (4) :29-30.

[4]喻小林, 陈雪峰, 赵徐祥, 等.九圩港大桥挂篮悬浇施工控制技术[J].黑龙江交通科技, 2008, 31 (4) :75-77.

[5]王新定, 戴航, 丁汉山, 等.体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究[J].东南大学学报, 2009, 39 (3) :557-562.

[6]JTG D26-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

预应力混凝土箱梁桥 篇11

关键词混泥土桥梁；连续箱梁；支架施工

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0145-02

随着高速交通、轨道交通、市政建设的发展，无支架施工技术等得到了很好的发展，但就地支架浇筑施工技术以其施工简单可靠、适应能力强、材料设备一次性投入可多次周转等优点，在桥梁施工领域仍得到广泛的应用，是连续箱梁桥的主要施工方法之一。

1支架选择

1.1支架材料的选择

从材料上看，梁桥浇筑支架主要有木（竹）支架和钢支架两种。随着桥梁发展和环保意识增强，加上木（竹）支架资源的不足和其跨越能力差、易腐朽等缺陷， 目前钢材成为桥梁施工支架主要结构，材料主要有钢管脚手架（扣件式和碗扣式）、六四（五） 军用梁、贝雷梁、万能杆件、钢管、型钢及其组合构件等类型。

随着桥梁标准化施工的推广，使用装配式构件搭建高墩柱混凝土连续箱梁浇筑支架是常用方法和手段。对采用何种装配式构件作为支架材料，不同企业都根据各自的习惯、资源状况、技术水平等有所不同。铁路系统由于历史沿革，一般使用万能杆件、军用墩和军用梁等较多；交通、市政施工企业，使用钢管柱、贝雷梁、型钢等搭设支架较为常见。随着建设施工领域市场经济发展、人才流动、技术信息交流， 这种习惯区别也越来越小了。

从近年采用支架施工的规模、影响较大的桥梁来看，使用钢管柱、贝雷梁支架已经逐渐成为桥梁高支架施工主流，如润扬大桥、苏通大桥、阳逻大桥、朝天门大桥、珊瑚大桥等施工中，均使用了钢管柱、贝雷梁材料搭设高支架作为混凝土浇筑临时受力结构。

1.2支架结构的选择

各种混凝土连续箱梁浇筑支架根据结构分类，其适用条件及特点见表1。

近年来，深圳盐坝高速公路、义乌市甬金高速公路、贵阳小尖山大桥、厦门同安大桥等工程发生现浇满堂支架失稳垮塌事故。国内钢管满堂脚手支架高度虽已达20～30m（ 河南余官营立交），但在工程中，对于高墩柱连续箱梁而言，满堂支架方案高度若超过20m，应从安全和经济角度进行认真比选，采取较谨慎态度。

因此，少支架、悬空支架、移动模架因适应能力强而得以在高墩柱混凝土连续箱梁现浇中得到广泛地应用和推广。同时，结构电算技术的发展与推广，也为高墩柱连续箱梁现浇支架的设计、优化提供了基础，进一步保障了支架的安全可靠性、成本最小化。

不同的支架材料、形式，支架搭设方法有所不同，工程成本、周转工期等的差异也较大。同时，对于不同的工程，其现场条件、施工队伍技术水平、资源状况也不尽相同。因此，在技术可行的前提下，还需针对特定的工程，进行经济技术综合必选，才能获得最优的支架方案。

2支架预压

2.1预压目的

各种支架在安装完成、铺设底模后，一般应进行预压。尤其是对于高墩柱支架，通过预压达到以下目的:

1）检查在各种工况时的构件应力、应变实测值与理论值的差异。

2）检验支架及基础是否满足受力要求，挠度变形是否在容许范围内。

3）消除构件交接部位、卸落设备的间隙和非弹性变形。

4）消除支架基础非弹性变形。

5）实测支架各处挠度变形量，为设置施工预拱度提供依据。

2.2预压方法

常用的支架预压方法主要有以下几种:

1）堆载预压法:用沙袋、钢筋、型钢等材料模拟施工荷载的分布和重量，施加在支架上进行预压。本方法就地取材，但施工加载、卸载速度慢，易导致荷载分布不均。

2）水袋预压法:利用胶皮制作的水袋模拟施工荷载的分布和重量，施加在支架上进行预压。水袋的大小和布置根据荷载分布情况而定，先将空水袋在支架上摆放好，后根据荷载要求通水加载，卸载时只需放水即可。本方法加载、卸载速度快，支架受力均匀，但水袋层叠不宜超过3层，且应充分注意加、泄水时对支架基础不利的影响，做好排水疏导。

3）吊架（箱）预压法:将均布梁體荷载模拟成支架结构受力最不利处的集中荷载，在该位置设置反力吊架（箱），在吊架内堆载或在吊箱内注水达到支架预压的目的。本方法对于支架高度较大时使用较简便，但模拟荷载与实际情况出入较大，需加大安全系数。

4）反力预压法:同上法将均布梁体荷载模拟成支架结构受力最不利处的集中荷载，在该位置设置反力梁，用预应力筋（精轧螺纹钢筋或钢绞线）与地锚或墩台基础连接，千斤顶反拉预应力筋，使支架受力，达到预压目的。本方法需提早考虑，以便在基础施工时施工地锚设施或其预埋件。但模拟荷载与实际情况出入较大，需加大安全系数。

2.3预压程序

一般按照理论荷载的50%、80%、100%、120%进行逐级加载。

一般在主梁纵向布置多个观测点（跨中、1/4跨、1/8跨等处）进行观测，有的还视需要在关键构件的关键点上安装应力、应变计。

预压施工时采用分级加载，加载至50%、120%后停止加载，进行12h的支架沉降、变位连续观测，在各分级荷载施加、观测完成且无异常情况方可进行下一级荷载的施加。全部加载完成后以12h为1个观测单位进行连续观测，若连续2天观测支架沉降、变位均小于1mm则可认为地基沉降基本稳定，此时可以卸载。卸载后，测量再次对测点进行观测。

预压结束后，及时整理预压中的原始数据，计算出支架弹性变形量和非弹性变形量，绘制沉降量与时间（t—e）关系曲线图，为立模预拱度提供数据。并根据预压结果及时对底模标高进行调整，进行箱梁钢筋及混凝土施工。在箱梁混凝土施工时，对预压观测点要继续进行观测。

3支架预拱度控制

高墩柱连续箱梁现浇支架的预拱度控制影响因素多，是支架施工控制的关键环节，将直接决定成桥线形。对于少支架而言，有研究表明:影响支架沉降及变形的主要因素有:支架在荷载作用下的弹性压缩和非弹性压缩、支架基底在荷载作用下的非弹性压缩。影响支架变形的主要因素是支架基底非弹性变形和构件间的空隙。但上述结论是以矮支架为工程背景，忽略立柱的竖向压缩为前提得出的，该结论对高墩柱支架显然是不适合的。从材料力学虎克定律Δl=Nl/EA，可得出支架越高、支架立柱弹性压缩量也越大的论断。

重庆朝天门大桥引桥50m连续箱梁支架（最高墩柱92.3m），从其施工测量监控成果看，支架构件间空隙和基础非弹性变形经过预压得到消除，支架立柱弹性压缩量和纵、横梁弹性下挠量，在预压后的观测值和混凝土浇筑前后基本一致。对其成果分析后表明，高墩柱连续箱梁支架预拱度取值由以下部分决定:

1）支架基础非弹性变形。它与基础结构、支撑面状况和荷载大小有关，基础越好，支架非弹性变形越小。

2）支架构件间间隙大小。它与构件加工、安装质量、构件竖向组合层数有关，构件加工质量越好，构件安装的吻合度越好，间隙就越小。竖向层数越多，连接间隙误差累计量也越大。

3）支架竖向弹性压缩。它与支架高度、材料和结构有关。一般可简化为在荷载作用下立柱的弹性压缩来计算。

4）支架水平梁系挠度。主要指横梁及纵梁挠度，可按施工荷载计算。分配梁及模板挠度变形量较小，在模板设计中按规范要求，通过调整分配梁及背肋间距即可。

5）混凝土收缩、徐变及温度变化产生的支架挠度。这在超静定结构的拱桥施工支架中关注较多，在梁桥支架中考虑较少。尽管如此，我们还是应充分关注此变化对高支架稳定性的影响。

以上5部分中，前两部分可根据预压结果进行选取；3）、4）部分通过计算得出；5）部分在梁桥支架中一般可不予考虑。综上所述，以上各种沉降值的总和即为跨中最大预拱度值，纵向其余位置沉降量可按相关规范采用二次抛物线进行分配，从而决定立模标高。

4结语

高墩柱连续箱梁现浇支架的选择，应结合工程的具体特点，进行必要的技术经济对比，选择最适合特定工程的支架方案，切忌生搬硬套。除支架构件加工、搭设施工控制外，高墩柱连续箱梁现浇支架的预压至关重要，预压方法的多种选择也为施工方案优化提供了可能。同时，高墩柱连续箱梁现浇支架的预拱度控制有别于矮支架，还需通过理论计算、预压和混凝土浇筑过程测量数据进行综合分析，确定合理的预拱度，保证施工质量。

参考文献

[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].人民交通出版社,1988.

[2]刘志辉.刚构-连续梁组合桥力学性能与施工技术研究[D].重庆:重庆交通学院,2006.

预应力混凝土箱梁桥 篇12

1.1 工程简介

南京滁河大桥是某公路工程南京段中一座大桥。滁河是一条重要的省际干线航道, 被江苏省交通厅批准为V级航道, 通航净空为 (65×5) m, 最高通航水位为9.374m, 并承担着重要的泄洪功能。大桥跨越滁河道基本顺直, 路线与河道交角为73.2°, 河口正宽约130m, 测时水面宽约80m, 主桥采用分离式单箱单室预应力连续箱梁, 引桥采用25m装配式部分预应力混凝土连续箱梁, 桥梁全长841.4m。

1.2 地形、地质条件

桥址位于滁河河谷平原, 地势较为平坦, 河 (沟) 塘纵横密布, 地面高程4.85~17.48m, 松软层沉积相对较厚, 局部有厚层软土分布。软土层呈中厚层状分布, 层顶埋深2.00~4.90m, 层厚2.00~9.10m, 表层有硬壳层分布。从上至下, 具体为填筑土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、碎石土、粉质粘土混砾石、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩等。主墩的持力层位于中风化泥质粉砂岩层, 风化较弱, 结构完好, 胶结好, 强度高, 容许承载力为1200k Pa, 力学性能较好。

从地质构造体上看, 项目区位于扬子准地台下扬子台褶皱带中仪征凹陷的西北部, 主要断裂有滁河断裂, 但勘察未发现断裂有新近活动形迹, 根据本区域地震安全性研究表明, 项目所在地区及临近地区是地质稳定性较好区域, 不具备发生6级以上地震的构造条件。

2 桥梁设计原则

(1) 充分考虑桥梁的美学设计[1], 尽量做到桥型与周围环境相协调。

(2) 选用整体性好的桥梁结构, 使结构的几何尺寸、质量和刚度均匀、对称规整, 避免突然变化。

(3) 结合桥梁工程、地形、地貌等要素以及技术标准的要求, 采用利于抗震、技术先进、受力明确、结构成熟、施工简便、养护方便、经济的桥型方案, 做到安全、适用、经济、美观[1]。

(4) 在满足通行、通航、泄洪等功能要求的前提下, 桥孔布设要充分考虑桥孔附近其它构造物, 尽量做到一桥多用, 防止构造物间距离太近、作业面小造成施工困难, 并尽可能采用经济跨径, 降低工程造价。

(5) 尽量满足下穿堤坝通道的净空要求和桥头台后工后沉降控制指标。

3 桥型方案比选

本项目道路路线在滁河中下游南京段与滁河相交, 与水流主流向斜交角度为73°, 与航道中心线斜交角度为73.2°。根据水利部门和航道部门的要求 (将净高4.5m防讯通道改移到堤外桥下, 堤顶预留不小于2.5m净高, 航道需求的65m净宽标准) , 综合考虑通航、堤防、施工难度、景观、使用性能、维护性能、泄洪等各方面的性能, 通过计算, 主跨选用85m跨径。桥面高程由最高通航水位、两侧规划大堤堤顶高程控制。根据以上条件提出以下两种桥型方案, 其方案效果图见图1和图2。

3.1 三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥方案

为降低施工难度、减小工程造价, 减少水中基础, 将两侧过渡墩设置在岸上, 主桥边孔长度尽量加大, 跨越大堤的迎水面、堤顶和背水面;出于降低工程造价考虑, 引桥跨过大堤, 采用25m装配式预应力混凝土连续箱梁。为减少阻水面积和紊流的影响, 桥墩采用圆柱墩, 主跨错墩布置。全桥桥跨布置:左幅为13×25m+ (48+85+52) m+13×25m;右幅为13×25m+ (52+85+48) m+13×25m, 将斜桥做正, 桥梁全长841.4m。

单幅主桥箱梁采用三向预应力单箱单室截面, 顶宽12.9m, 底宽6.5m, 支点梁高5m, 跨中梁高2.3m。下部结构主墩采用双柱式墩, 柱直径2m以利水流通过, 承台厚2.8m, 基础采用6Φ1.6m钻孔灌注桩;过渡墩采用双柱式墩, 柱直径2m, 承台厚2.4m, 基础采用4Φ1.6m钻孔灌注桩;25m装配式部分预应力混凝土连续箱梁桥墩采用Φ1.3m双柱式墩、Φ1.5m钻孔灌注桩, 0#、34#台均采用柱式台, Φ1.5m钻孔灌注桩。

施工方法:主桥上部结构采用挂篮悬臂浇筑施工, 引桥上部结构采用预制安装施工方法。

3.2 下承式钢管混凝土系杆拱桥方案

出于在水中少布墩、减小阻水面积和对水流态影响的考虑, 两侧大堤以内 (包括跨大堤) 引桥采用53m下承式钢管混凝土系杆拱;出于降低工程造价考虑, 跨过大堤引桥采用25m装配式部分预应力混凝土连续箱梁。

全桥桥跨布置为:12×25m+ (53+88+53) m+11×25m, 桥梁全长775.4m。主桥主跨横向设置四片拱肋, 拱轴线为二次抛物线, 净矢跨比为1/5, 计算跨径L=85m, 矢高17m。拱肋采用哑铃形钢管混凝土结构, 每个钢管外径90cm, 壁厚1.2cm, 钢管材质为Q345钢, 内充C40微膨胀混凝土;吊杆纵向间距为5m, 吊索采用标准强度为1670MPa、85丝直径Φ7mm平行高强钢丝;系梁和横梁为预应力混凝土结构。主桥边跨横向设置四片拱肋, 拱轴线为二次抛物线, 净矢跨比为1/5, 计算跨径L=50m, 矢高10m。拱肋采用哑铃形钢管混凝土结构, 每个钢管外径70cm, 壁厚1.2cm, 钢管材质为Q345钢, 内充C40微膨胀混凝土;吊杆纵向间距为5m, 吊索采用标准强度为1670MPa、85丝直径Φ7mm平行高强钢丝;系梁和横梁为预应力混凝土结构。

施工方法:主桥上部采用少支架现浇系杆, 预制安装拱肋风撑的施工方案;引桥上部采用预制安装方案。

3.3 方案比选

(1) 三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥方案

优点:主桥整体及稳定性好, 刚度大、行车顺适;主桥上部采用挂篮悬臂浇筑施工, 施工技术成熟, 难度低, 施工期间对通航、泄洪影响较小;运营期内几乎不需养护。

缺点:主桥建筑高度较高, 桥梁总长度较长, 造价稍高。

(2) 下承式钢管混凝土系杆拱桥梁方案

优点:主桥外形优美, 建筑高度低, 桥梁总长度相对较短, 造价相对较低。

缺点:施工工艺复杂, 主桥施工期对通航、泄洪有一定影响;钢管拱肋、吊杆运营期需定期检修、维护, 养护量较大, 费用较高。

综上所述, 推荐采用三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥方案。

4 总体设计

4.1 技术标准

(1) 道路等级:一级公路;

(2) 荷载等级:汽车, 公路-Ⅰ级;

(3) 设计速度:80km/h;

(4) 桥面宽度:2×净-11.5m;

(5) 桥梁设计基准期:100年;

(6) 设计洪水频率:1/100;

(7) 抗震设防烈度:7度;

(8) 航道等级:Ⅴ级航道;

(9) 环境类别:Ⅰ类。

4.2 总体布置

南京滁河大桥桥梁与路线正交。桥梁平面位于R=4000m的左偏圆曲线上, 由于圆曲线半径较大, 上部箱梁采用设计中心线为标准跨径, 箱梁按标准长度的直线梁预制安装, 内外直曲差通过现浇中横梁来调整, 弧弦距通过护栏调整。

主桥布跨为左幅: (48+85+52) m;右幅: (52+85+48) m, 左、右幅错孔布置, 采用分离式单箱单室预应力混凝土连续箱梁, 引桥采用25m装配式部分预应力混凝土连续箱梁。根据航道要求、规划大堤堤顶通道净空要求和台后填土高度的控制, 跨径布置为 (6×25) m+ (7×25) m+ (48+85+52) m+ (7×25) m+ (6×25) m, 桥梁全长841.4m。

主桥桥下有两处桥孔兼通道, 通道为堤防道路改移段, 分别为:位于第十三孔, 中心为K16+651.30的6×4.5m汽车通道;位于第十六孔, 中心为K16+839.073的6×4.5m汽车通道。

箱梁跨中、支点横断面见图3、图4, 主桥立面布置图见图5。

5 结构设计

5.1 上部结构设计

主桥采用 (48+85+52) m变高度预应力混凝土连续箱梁跨越滁河, 由上下行分离的单箱单室截面组成, 单箱底宽6.5m, 两侧悬臂3.20m, 全宽12.9m。箱梁横桥向底板保持水平, 顶面设2%单向横坡, 由箱梁两侧不同腹板高度形成。中支点处箱梁中心高度5.0m, 跨中箱梁中心梁高2.3m, 梁高以1.8次方抛物线变化。顶板厚0.28m, 悬臂板端部厚0.18m, 根部厚0.65m;腹板厚0.5~0.7m, 底板厚0.28~0.62m。横隔板分别设在中支点、边支点和中跨跨中处, 厚度分别为2.4m、1.2m和0.3m, 均设置了人孔以便施工。

连续箱梁0#块节段长度11m, 在支架上浇注施工。两侧各有9个节段, 1#~9#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工, 挂篮及模板控制重量按60t。主桥单幅共有3个合拢段, 即两个边跨合拢段和一个中跨合拢段, 合拢段长度均为2.0m, 在吊架上浇筑施工。两侧边跨现浇段长分别为4.42m、8.42m, 在支架上浇筑施工。

箱梁为三向预应力结构, 分别为纵向预应力束、横向预应力束和竖向预应力束钢筋。纵向和竖向预应力管道均采用镀锌金属波纹管。纵向预应力钢束共设置了顶板束 (T) 、腹板束 (F) 、中跨底板束 (B) 、边跨底板束 (D、D’) 、合拢段连续束 (W、W’、H) 和预备束 (TP、DP、DP’、BP) 共六种。均为双端张拉。锚下张拉控制应力为σcon=0.75fpk=1395MPa。

0#块梁段横隔板、现浇段横隔板横向预应力筋采用ΦS15.2mm钢绞线, 锚下张拉控制应力为σcon=0.75fpk=1395MPa。竖向预应力钢筋采用Φl32精轧螺纹粗钢筋, 张拉控制应力为σcon=0.85fpk=667.3Pa, 单根设计张拉吨位为536.7k N。采用一端张拉 (竖向预应力在梁顶张拉) 方式, 相应锚具为YGM-32型锚具。

引桥采用25m先简支后结构连续的部分预应力组合箱梁, 预制箱梁高1.4m, 横桥向由4片梁组成, 上设现浇8cm C40混凝土+10cm沥青混凝土。为了减轻安装重量和增加横向整体性, 在各箱之间设横梁, 湿接缝连接。每联端部横梁部分与箱梁同时预制, 各中间墩顶横梁采用现浇施工。为了满足锚具布置的需要, 箱梁端部在箱内侧方向加厚, 腹板内预应力钢束除竖向弯曲外, 在主梁加厚段尚有平面弯曲。

5.2 下部结构设计

主桥桥墩采用薄壁式墩, 墩厚3.7m, 承台厚3m, 基础采用3排计9根Φ1.5m钻孔灌注桩基础;过渡墩采用双柱式墩, 立柱为椭圆形, 宽2.2m、厚1.5m, 承台厚2.5m, 基础采用2排计4根Φ1.5m钻孔灌注桩基础。

引桥桥墩采用双柱式墩, 立柱直径Φ1.3m, 基础采用单排计2根Φ1.5m钻孔灌注桩基础。桥台为肋板式台, 半幅桥台下设6根Φ1.2m钻孔灌注桩基础。

5.3 公用构造及附属结构

(1) 桥面铺装

桥面横坡为双向2%, (48+85+52) m连续箱梁由腹板高度调整, 其余均由墩台帽调整。桥面铺装采用沥青混凝土, 组合箱梁与预应力混凝土空心板梁设置桥面现浇层, 组合箱梁采用6cm厚C40水泥混凝土现浇层, 现浇层内设冷轧带肋钢筋焊接网;桥面排水采用玻璃钢泄水管, 桥面防水采用改进型防水剂。

(2) 支座

为了保证支座处于水平状态, 支座处梁底均设有预埋钢板, 在墩台帽上设置支座垫石;预应力连续箱梁采用GPZ系列盆式橡胶支座;装配式部分预应力连续箱梁采用GYZ系列圆板式橡胶支座。

(3) 桥梁护栏、搭板

桥梁外侧设置墙式防撞护栏, 宽0.5m, 内侧护栏采用波形梁护栏, 宽0.9m。桥梁台后设置8m长搭板, 横向按行车道分块。

(4) 伸缩缝

桥梁上部结构在桥台处和两联之间设置伸缩缝, 根据伸缩量选用D80、D160和D240型伸缩缝, 安装温度为15~25℃。

6 箱梁结构计算

变截面箱梁结构计算采用“桥梁博士系统V3.02”进行分析和计算。 (48+85+52) m箱梁划分为62个单元, 根据施工程序分为29个施工阶段进行计算。计算中考虑了各个施工阶段和最终运营阶段的最不利组合, 计入了预应力二次矩、体系转换及徐变产生的内力重分布, 温度变化按规范采用竖向温度梯度曲线, 并考虑了整体升降温各25℃以及支座不均匀沉降等影响, 按全预应力混凝土结构进行设计, 合拢顺序按先边跨后中跨, 分别进行承载能力极限状态验算, 持久状况正常使用极限状态验算, 持久状况和短暂状况构件应力验算。

组合箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计, 内力计算按荷载横向分配系数采用刚接板 (梁) 法计算, 并用梁格法进行检算。桥面板计算按单向板和悬臂板计算。

大桥桥梁设计安全等级为一级, 结构重要性系数为1.1。其相关参数选取如下:

(1) C50混凝土:容重26k N/m3, E=3.45×104MPa;相对湿度为80%。

(2) 基础不均匀沉降:主墩2cm, 过渡墩1cm。

(3) 预应力管道:预埋金属波纹管;管道摩擦系数u=0.25;管道偏差系数κ=0.0015。

(4) 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值 (一端) :6mm。

(5) 抗震设防措施:为减弱地震对构造物的不利影响, 当墩高大于6.0m时, 设置系梁;桥梁墩、台挡块内侧、背墙与预制箱梁对应位置及可能发生构件刚性撞击的位置均设有橡胶缓冲块。

7 结语

大跨度预应力混凝土变截面连续箱梁桥型方案具有整体稳定性好、结构刚度大、变形小、抗震能力强、行车平顺舒适、后期养护少、施工期间对通航影响小等优点。南京滁河大桥于2013底竣工通车运营, 目前运行良好, 无明显病害产生。

摘要：介绍了南京滁河大桥的桥型方案、总体设计以及主桥的结构设计特点。该主桥为左幅 (48+85+52) m和右幅 (52+85+48) m的左右幅错孔布置的三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥。其工程的设计经验, 可供其它类似桥梁工程借鉴或参考。

关键词：大跨径预应力混凝土,变截面连续梁,分离式箱梁,桥梁设计

参考文献

[1]杨士金, 唐虎翔.景观桥梁设计[M].上海:同济大学出版社, 2003.