浅谈大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因和对策

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1、浅谈大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因和对策　　摘要：本文通过对混凝土结构非均匀收缩以及结构刚度衰减两方面分析了大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因，并结合分析针对跨中下挠问题，提出了封闭混凝土表面以及优化竖向预应力钢筋倾斜角度两种方法，该方法达到了有效控制大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠的目的。关键词：箱梁桥，预应力混凝土，下挠成因，对策分析中图分类号：U448文献标识码：A文章编号：1引言近年来，随着使用年限的增加，不少先前修建的大跨度预应力混凝土箱梁桥出现了一定程度的病害，包括：箱梁普遍开裂、挠度异常增大等。跨中下挠会加剧箱梁底板开裂，而箱梁梁体裂缝增多使结构刚度降低，进一步加剧了

2、跨中下挠，这两者互相影响形成了恶性循环，严重影响了服役大跨度预应力混凝土箱梁桥的安全运营和使用寿命[1]~[2]。本文试图通过大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因分析，达到获得下挠对策的目的。2大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因分析2.1混凝土非均匀收缩分析6混凝土收缩、徐变是引起结构长期变形的重要因素之一，同时也会引起结构内力的重分布。自收缩、塑性收缩、干燥收缩和碳化收缩是混凝土收缩的四种主要类型。其中混凝土结构收缩变形的主要因素来自于干燥收缩与自收缩。干燥收缩是混凝土停止养护后，置于未饱和空气中的混凝土因失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生体积改变的不可逆收缩。自收缩是指在初凝后水化

3、时产生的表观体积减小现象，它不包括自身物质增减、外部加载、温度或约束变化而引起的体积变化。现有的收缩预测模型中构件理论厚度均以表面积周长比或体积表面积比来计算，从而以此作为干燥收缩计算中的重要参数。与此同时，将箱梁各部位的有效厚度平均进行箱梁结构的计算，忽视了不均匀收缩对箱梁截面产生的影响。另外，处于自然环境中的实际结构，其收缩发展受外界温度及湿度交替变化影响显著。而现有模型仅考虑了固定温、湿度条件下的收缩变形，导致与实际情况偏差较大。2.2由于梁体开裂导致的结构刚度衰减分析6箱梁腹板斜裂缝是大跨预应力混凝土箱梁桥在运营期内的常见病害形式，随着服役年限的增加，严重威胁结构安全和使用寿命。正

4、是由于腹板斜裂缝的存在，使得结构刚度降低、变形增大。然而，目前往往忽略了斜裂缝对结构整体刚度的退化作用，在进行混凝土结构刚度的影响分析时，仅仅考虑弯曲裂缝对结构有效抗弯刚度的影响。同时，斜裂缝开展对挠度的影响只反映在经验参数上，尚缺乏完整的系统研究。箱梁腹板开裂后，引起开裂处剪切刚度明显减弱，进而使得结构整体刚度显著下降。为分析腹板开裂情况对主梁结构整体刚度的影响，选取某大跨度预应力混凝土箱梁桥进行分析研究，首先分别定义了线弹性和非线性两种模型，在同等荷载水平条件下比较两者整体刚度差异。其中线弹性模型是指将开裂区段混凝土结构定义为线弹性材料，而不考虑混凝土开裂以及材料非线性对结构整体刚度的

5、影响。采用线弹性与非线性模型的大跨度预应力混凝土箱梁桥跨中挠度进行对比。当λλcr时，即：腹板混凝土开裂后，两者的差别随着变形增加而加大，非弹性挠度增量速度相对开裂前有所减慢。3控制大跨度预应力混凝土箱梁桥跨中下挠措施分析3.1混凝土结构非均匀收缩控制措施针对由混凝土结构非均匀收缩导致的下挠，主要是从混凝土材料特性角度出发，通过优化混凝土配合比、加强混凝土施工过程中的质量及后期养护条件等，来降低混凝土收缩徐变变形。混凝土结构在干燥收缩过程中，内部水分向外界扩散，造成结构产生体积收缩变6形，而结构的截面形式决定了结构的收缩变形形式。对于无封闭状态的混凝土，由于表面均暴露于空气中，混凝土干燥过

6、程中，通过与大气相接触的表面内部水分向外扩散，导致了混凝土结构内部湿度降低，进而使其发生收缩变形。对于仅有上表面暴露于空气中的半封闭式混凝土结构，由于其它表面涂刷环氧涂层，仅使得暴露于空气中的表面发生干燥收缩现象，其它封闭表面水分扩散速率明显降低，最终使得结构在发生轴向收缩的同时，产生了挠曲变形，如图1所示。图2混凝土表面涂层对结构变形影响示意图3.2箱梁桥竖向预应力优化设计措施纵所周知，处于自然环境中的桥梁，由于裂缝的存在将严重影响到桥梁结构的耐久性、功能性乃至安全性。为此，国内外学者针对提高箱梁腹板抗裂性做了大量研究，如：进行二次张拉或采用新型锚具等措施，来防止竖向预应力损失，达到减少

7、腹板开裂的目的。另外，在设计中，为了提高斜截面抗剪能力，通常采用增大纵向预应力下弯角度的方法。事实发现：防止竖向预应力损失及纵向预应力的下弯并不能完全避免腹板裂缝的产生。根据箱梁腹板受力特点，提出倾斜布置竖向预应力钢筋的方案。其思路主要是：通过使竖向预应力钢筋倾斜，来增大压应力储备，最终提高箱型梁桥腹板的抗裂性能。①常规布置的腹板应力状态6空间薄壁结构的箱型截面腹板主要承受平面正应力及剪应力，常规布束情况下，腹板处主压应