大跨径预应力混凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛

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1、大跨径预应力混凝土箱梁桥的设计问题东南大学吕志涛2009.5引言(1)我国桥梁建设的新跨越(2)长江江苏段的大桥(3)箱梁桥出现的主要问题—腹板开裂与跨中下挠1.腹板主预应力束的设置—弯曲预应力筋不可少2.竖向预应力筋的采用(1)竖向预应力筋存在的问题(2)竖向预应力筋的选用与对日本NAPP技术的认识3.箍筋的合理配置及腹板的合适厚度(1)箍筋不抗裂、只提高受剪承剪力(2)腹板不能过薄4.大跨径箱梁桥的跨中下挠问题(1)开裂对下挠的影响(2)剪力对挠度影响的考虑5.材料选择及其它结束语引言最近几年，我与桥梁工程界有较

2、多接触。随后，我进一步感到，我国是土木工程大国，并正在向土木工程强国跨越。同时，感到国内绝大多数桥梁工程是我国工程师自行设计的，不象建筑界，尤其是一些大型文体建筑、公共建筑的建筑方案往往是国外建筑师提出的，从而，以致某些城市出现了不少“新”、“奇”、“特”建筑，并且，有的建筑，结构不合理，材料多消耗，………但是，我认为，桥梁工程在设计上，也有着很大的改进和提高的空间。本文从结构工程角度对大跨度预应力混凝土箱梁桥的设计问题谈些看法。(1)我国桥梁建设的新跨越进入21世纪以来，随着我国经济的持续高速发展，土木工程技术实现

3、了新跨越，特别迎来了桥梁建设的伟大时代。在长江三角洲，中西部山区，桥梁建设的精兵强将们会战在千米级超大跨径跨江桥梁和数十公里超长跨海大桥的工地上。一座座桥型各异，跨度大、技术难度高的现代化桥梁建设，已经开始引领世界桥梁建设的发展，我国正由桥梁大国向桥梁强国大步迈进。至去年6月底，我国—主跨400m以上的桥梁已建成54座，在建18座；主跨600m以上的桥梁已建成19座，在建12座；主跨800m以上的桥梁已建成9座，在建9座；主跨1000m以上的桥梁已建成6座，在建5座；我国已建的各类桥梁的最大跨径及居世界的位置分别为：

4、桥型：最大跨径世界排名江苏有前十位中我国占梁桥（连续梁、刚构）330m，第一，268m（苏通大桥）5座拱桥：550m，第一，5座斜拉桥：1088m，第一，苏通大桥8座悬索桥：1490m，第三，润扬大桥，5座(2)长江江苏段的大桥最近几年，在江苏地区的长江上，就已经建起了南京二桥、江阴大桥、润扬大桥、南京三桥、苏通大桥，正在建的有南京四桥和泰州大桥。南京四桥是主跨为1418m的双塔三跨悬索桥。泰州大桥是双主跨2×1080m的悬索桥，又是世界级的。江苏是桥梁大省，并正在向桥梁强省跨越。图1南京长江第四大桥—主跨为1418

5、m的双塔悬索桥图2泰州长江大桥—双主跨2×1080m三塔悬索桥(3)箱梁桥出现的主要问题大跨径连续梁桥和刚构桥的预应力混凝土箱梁，结构刚度大，变形小，抗风、抗震能力强，经济，耐久，因此，跨径在30~350m范围的公路桥，广泛采用箱梁桥方案。应提出的是：在兴建特大跨度的斜拉桥或悬索桥的同时，总伴随着建设有大跨径预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥，且都是箱梁桥。但是，箱梁桥在使用期间，常出现“腹板开裂”和“跨中下挠”等病害问题，且随着时间的延续而不断发展。尽管在多次全国桥梁学术会议上对于桥梁病害的原因有所探讨。归结起来，总

6、是定性地认为，由于桥梁超载，预应力损失大，施工不当，混凝土的收缩、徐变大，以及结构构造弱和设计中没有考虑空间作用、温度影响等因素所致。但是，实际上，箱梁桥的病害远没有真正解决。本文将从桥梁设计中的问题诸如纵向预应力束的设计、竖向预应力筋的采用、腹板及箍筋的合理设计以及材料选用等作出探讨。因为桥梁的开裂和下挠影响到结构的使用性、耐久性及安全，所以，我以此文来加入这一论坛。1.腹板主预应力束的设置—弯曲预应力束不可少大跨径预应力箱梁桥主要有连续梁桥和连续刚构桥。并且，它们多为变截面箱梁。大家知道，为了抵抗梁的自重和梁上的

7、荷载所引起的弯矩和剪力及其产生的弯曲拉应力和剪应力，防止梁跨中下部出现竖向裂缝和梁腹中产生斜向裂缝，提高梁的受弯承载力和受剪承载力，箱梁桥腹板中应配置有足够的主预应力束，并且，通常，它由纵向预应力束和离支座不同距离处的下弯预应力束组成，如图3示。但是，80年代末以来，国内不少大跨径预应力混凝土连续梁和连续刚构的箱梁桥设计中采用了全部直线式的纵向预应力束(没有下弯预应力束)，另加竖向预应力筋的方案，如图4示。图3有下弯束的主预应力配束方案图4直线式的主预应力配束方案80年代末提出的这种仅配直线预应力束的方案的目的是简化

8、施工，减少预应力束的摩擦损失。然而，近二十年来，按这种设计方案建造的大跨径预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥，普遍地在梁腹中出现斜裂缝，有的甚至相当严重。2003年我在浙江省交通厅一次学术报告会上，也专门讲过这一问题。同时，他们告诉我，二十多年前设计建造的以及最近几年设计建造的连续梁桥及连续刚构桥由于加设了弯起预应力束，腹板斜裂缝大为减少，甚至没