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摘要：大跨径预应力混凝土梁桥是一种被广泛运用的桥梁结构类型。经过80多年的快速发展，大跨径预应力混凝土梁桥也出现了一些病害，尤其是梁体下挠。本文对大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠成因进行分析，并以邵家渡大桥为背景，从设计的角度提出能够有效控制大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠的设计措施。
关键词：预防，大跨径，预应力混凝土梁桥，梁体下挠
预应力混凝土梁桥最早出现在20世纪30年代。经过80多年的发展，预应力理论不断成熟、材料不断进步以及施工水平不断提高，预应力混凝土桥梁结构的运用也越来越广泛。但大跨径预应力混凝土梁桥在快速发展的同时，也不断出现病害，尤其是梁体下挠在国内外同类桥梁中普遍存在。
一、工程实例
1、1997年建成通车的重庆江津长江大桥为预应力混凝土连续刚构桥，主跨跨径240m。建成通车后仅仅3年，中跨梁体梁体下挠已经达到17cm[1]。
2、1993年建成通车的三门峡黄河公路大桥为预应力混凝土连续刚构桥，最大主跨跨径160m。2002年6月对该桥的检查发现，梁体区域下挠最大达到22cm[2]。
3、1994年建成通车的广东南海金沙大桥为一座三跨预应力混凝土连续刚构桥，主跨跨径120m。2000年底对该桥进行检查时发现，主跨梁体下挠已达22cm[3]。
4、1998年建成的挪威斯托尔马桥为预应力混凝土连续刚构桥，主跨跨径301m。建成3年后，中跨梁体梁体下挠92mm[4]。
5、1979年建成的美国鹦鹉渡桥为梁体带铰预应力混凝土刚构桥，主跨跨径195m。在运营12年后，主跨梁体已累计发生下挠63.5cm[5]。
6、帕劳共和国的科罗尔•巴伯尔图阿普岛桥是跨中带铰的三跨连续预应力混凝土刚架桥，主跨跨径241m。通车后不久，主跨梁体就发生下挠。1990年主跨梁体下挠达1.2m。后来对桥梁进行了加固，但在加固三个月后发生倒塌[6]。
二、梁体下挠成因
大跨径预应力混凝土梁桥的病害主要表现为梁体下挠。梁体下挠不仅对桥梁的正常使用造成影响，还会给桥梁结构安全带来隐患，更有甚者导致了桥梁倒塌的事故，造成了重大的经济损失，给社会造成了严重的负面影响。大跨径预应力混凝土梁桥的梁体下挠是由多种因素共同造成的。
2.1 设计因素
1、结构构造不合理[7]
大跨径预应力混凝土梁桥多为宽箱梁形式，宽箱梁桥腹板厚度仅仅由其构造决定。由于从构造上腹板的减薄和梁底曲线的不合理采用，造成截面混凝土持久抗剪能力储备不足。
2、预应力布置不合理[8][9]
根据计算理论，三跨变截面连续箱梁合理的预应力布置方式应与使用阶段的荷载弯矩图相一致，使之产生与荷载弯矩相反的平衡弯矩。然而由于变截面箱梁特定的截面形式必须与桥的立面线性一致的特点，底板预应力束的布置成抛物线型与荷载弯矩的理论位置正好相反。
3、混凝土收缩徐变考虑不全面
混凝土的收缩徐变有较大的不确定性，可能是影响大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠预测准确性的最大障碍。目前对徐变的研究对象主要还是混凝土自身，且仍然停留在单一的构件上，对结构层面的研究由于困难较大，基本没有开展。
2.2 施工因素[10]
1、结构超方
（1）因模板变形造成的混凝土超方。
（2）大跨径混凝土梁桥结构合拢后，通过调整铺装厚度来调整桥梁线形造成二期铺装超方。
2、预应力钢束张拉
（1）预应力在管道摩擦、千斤顶误差等一系列误差因素的共同影响下，造成预应力张拉不到位。
（2）过早进行预应力张拉，导致预应力损失过大的情况发生。
3、梁体合拢
（1）箱梁合拢后，体系转换不及时，使箱梁内力未得到及时调整。
2.3 运营管理
1、桥梁长期处于超负荷工作状态，造成梁体下挠。桥梁梁体下挠导致桥梁线形偏离原设计，为了满足设计线形要求，对桥梁线形进行调整。由此增加的桥梁铺装造成了额外的荷载，增加了桥梁的恒载。
2、桥梁出现梁体下挠后，未能及时进行针对性的加固措施，导致了下挠的增加。
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三、预防设计措施
经过对大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠成因的分析，能够为桥梁在设计阶段采取预防措施提供帮助。下文以邵家渡大桥为例，介绍邵家渡大桥在预防大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠方面采取的设计措施。邵家渡大桥主桥为大跨径预应力混凝土连续梁桥，主跨跨径150m。
3.1 结构构造
1、主梁抗弯刚度
（1）主梁梁高
主梁采用单箱双室预应力混凝土连续箱梁，箱梁高度在常规设计取值基础上提高8%～10%。中支点梁高8.8m（1/17.05L），跨中梁高3.8m（1/39.47L），并且梁底变化曲线采用1.8次抛物线，适当提高L/4区段箱梁高度。
（2）梁底线形
上部结构箱梁梁底线形采用1.8次抛物线。在受力计算时也可以发现，结构抗力的提高较结构自重的增加更名明显，对控制梁体下挠效果显著。
（3）断面布置
梁体断面箱室净宽5.5m，支点断面箱室净宽4.75m。腹板最薄处厚0.5m，逐步过渡至0.65m，中支点处腹板厚1.0m。
顶板设横坡，顶底板平行布置，顶板厚0.3m；靠近中支点附近厚度变为0.5m；底板梁体厚0.3m，中支点处厚1.15m，厚度通过悬浇段变化处理。
箱梁两侧挑臂长度均为3.0m，挑臂通过两段折线进行过度，第一段长度1.8m，第二段长度1.2m。挑臂外缘厚度0.2m，变化点处厚度0.35m，根部厚度0.7m。
2、施工节段划分
（1）0号块长度由10m增加至15m。
（2）近墩处节段长度由3m减小至2.5m。
3、二期恒载
取消二期混凝土调平层，在并未降低抗力的情况下减轻了桥梁的恒载。
3.2 预应力钢束
预应力钢束线形与使用阶段的荷载弯矩图相一致。同时满足一下目标：
（1）减小邵家渡大桥上部结构箱梁梁体下挠的初始转角；
（2）确保便于施工，保证施工质量；
（3）确保施工及成桥状态下，各项应力指标均满足规范的要求。
3.3 混凝土收缩徐变
为了寻找混凝土收缩徐变对邵家渡大桥上部结构箱梁跨中长期下挠的影响，在计算模型的施工阶段里面定义成桥状态之后1年、5年、10年、15年及30年，查看不同时间段桥梁位移的情况，并做相应调整。
四、结语
通过分析大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠成因，为实际工程的设计提供针对性的设计方案。邵家渡大桥通过提高主梁刚度、减轻近中支点节段长度和取消二期混凝土调平层等一系列设计措施，在理论计算阶段基本达到了减小大跨径预应力混凝土梁桥梁体下挠的目标。
参考文献
[1]常亚辉.预应力混凝土梁式桥下挠影响因素及对策：[硕士学位论文].陕西：长安大学桥梁与隧道工程，2010
[2]马健.三门峡黄河公路大桥的主桥加固.公路，2004年6月
[3]陆中元，李建华，朱念清.广东南海金沙大桥的维修加固.铁道建筑，2004年第10期
[4]TakãCs P F.Deformation Problem of Record Span Concrete Cantilever Bridges.Iabse Symposium Report，2002，86（11）.
[5]孙海林，叶列平，杨孚衡.城市轨道交通预应力混凝土连续梁桥的收缩和徐变分析.公路交通科技，2005，22（1）
[6]林广元.帕劳共和国的科罗尔岛_巴伯尔图阿普岛桥倒塌.国外桥梁.1998（2）
[7]徐学斌.大跨径PC梁桥过量下挠及处治措施.科学技术创新，2012（15）：265-265.
[8]石雪飞，杨琪，阮欣.已建大跨径PC梁桥过量下挠及开裂处治技术.北京：人民交通出版社，2010
[9]周明华.大跨度变截面预应力砼连续箱梁的裂缝病害与施工阶段箱梁底板水平撕裂的机理分析.全国混凝土及预应力混凝土学术交流会，2005.
[10]鲍卫刚，周泳涛.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南.北京：人民交通出版社，2009
论文作者:朱东彦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：预应力论文; 混凝土论文; 桥梁论文; 大桥论文; 结构论文; 弯矩论文; 腹板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;