大跨连续梁控制下挠上官兴

大跨梁桥长期挠度的控制摘 要自二十世纪五十年代德国莱茵河上采用悬臂施工法建成Bendorf桥以来，悬臂(浇筑)施工法不断改进和推广，使得预应力混凝土连续梁桥已成为许多国家广泛采用的桥型之一。但是近10多年来，我国相当多的大跨梁桥在通车25年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象，挠度最大达32cm。仅湖北和湖南几座桥加固费用已过亿。设计和施工质量甚好的270m虎门大桥辅航道桥，建成通车7年跨中下挠也达20cm，并发现了裂缝。控制大跨梁桥长期下挠已成为我国公路桥梁当前急待解决的难题之一。传统的预应力弯矩MT按运营状态（连续梁）内力包络图进行强度设计。当施工中双悬臂状态所产生的自重弯矩M0大于Mg时，梁内存在偏心弯矩MeM0MT，将造成梁轴线的下挠f。随着大跨梁桥跨径越大，Me越大，所产生下挠值f也越大。而常规的“设置预拱度”的方法虽能够使合拢的跨中标高符合，但由于没有解决力的平衡，使梁内存在初始转角，大跨梁桥合拢后跨中砼徐变将沿转角产生下挠。本文学习用预应力手段去平衡恒载弯矩的“零弯矩理论”，结合在建的苏通大桥辅航道桥（140+268+140548m）连续刚构工程，提出采用“临时斜拉索辅助合拢”和在加大跨中正弯矩区梁高高、增加抗弯刚度EJ等两个措施来控制运营后跨中长期下挠量，可供领导决策参考。关键词：临时斜拉索悬臂施工 加大梁高减少下挠“大跨径梁桥长期挠度的控制” 第一章 绪 论1.1大跨梁桥发展概况31.2大跨梁桥长期挠度的问题41.3 两种不同的预应力设计观点61.4“零弯矩”理论工程实例81.5 本课题研究的主要内容11第二章 长期挠度成因及控制2.1传统预应力设计观点存在问题12 2.2 预应力“零弯矩”理论的深化152.3体外索的引进16 2.4 抗弯刚度EJ的选择17第三章 箱梁的悬臂施工3.1湘潭湘江二桥实例193.2南昌赣江西支特大桥223.3 苏通75m连续梁方案 233.4苏通268m连续刚构桥26第四章 连续刚构桥 4.1 跨中对顶合拢30 4.2 箱梁下缘预应力张拉合拢32 4.3 体外预应力索 33 4.4 跨中预压重 35第五章 工程实例 5.1 苏通大桥辅航道桥概况 37 5.2 结构复算 41 5.3 控制措施 44 5.4 临时斜拉索辅助合拢 45 5.5 体系转换合拢后连续刚构49 5.6综合控制新方法51 第六章 结束语52第一章 绪论 1.1 大跨梁桥发展概况 自二十世纪五十年代德国莱茵河上采用悬臂施工法建成Bendorf桥以来，悬臂浇筑和拼装工艺得到不断改进、完善和推广应用，终使预应力混凝土梁桥已成为许多国家广泛采用的桥型之一。六十年代以来我国开始修建带挂孔的T构，其代表如重庆长江大桥（170m）。由于挂孔接缝的跳车、漏水和行车不平顺，它已不适用于高等级公路。进入八十年代出现使用性能良好的预应力混凝土连续梁，其代表如湖南常德沅水大桥（120m跨，20m宽单箱梁）和广东九江二桥（160m悬拼）。目前最大跨径为南京长江二桥南汊桥（165m连续梁）。1985年开工的广东洛溪大桥（180m）是中国第一座大跨预应力连续刚构；1988年底建成以后显示了它的优越性能：跨越能力大，施工中无需体系转换，不需要大吨位支座，因而在全国大跨领域桥中迅速推广在170m以上大跨梁均为连续刚构桥近。在当今世界跨径大于240m的特大跨径梁桥中，我国占大多数以上（如表1-1）。回顾历史，几座典型桥梁情况简介如下：1、湖北沙洋汉江桥，于1985年建成。主桥为8跨一联的预应力混凝土连续梁桥，跨径为62.4+6×111+62.4m，长792m，桥宽12m。上部构造为单箱，梁高根部6.0m，跨中3.0m。桥墩设两个2000t盆式橡胶支座。箱梁采用C40混凝土，24丝5mm高强钢丝束弗氏锚具。悬臂浇筑采用斜拉挂篮。全桥包括引桥总长1818m。该桥是我国首座跨径过百米的长预应力连续梁桥。2、湖南省常德沅水桥1986年建成。桥全长1408m，主桥为84+3×120+84m预应力混凝土连续梁桥。本桥是国内首座20m宽的单箱梁桥。梁高根部6.8m，跨中3.0m。双向预应力配筋，采用大吨位XM锚具。箱梁施工中首例实现无平衡重万能杆件挂篮悬臂浇筑。每个桥墩设4个2000t盆式橡胶支座。3、广东省洛溪桥于1988年建成，为我国建造的第一座预应力混凝土连续刚构桥。桥全长1916m。主桥为65+125+180+110m。长480m，单箱宽15.5m，梁高310m。桥墩为双肢薄壁柔性墩，2.2×0.8m箱型截面，高29m。主梁采用三向预应力，VSL锚具。纵向束用31根12.8mm钢绞线，张拉力4275kN，钢丝最大长度逾190m。主梁施工采用万能杆件挂篮悬臂浇筑。65m和110m两边跨先合拢，然后125m和180m两跨同时合拢。该桥的建成促进了我国连续刚构桥的迅速发展。4、湖北省黄石长江大桥于1995年建成。全桥长2580m。主桥为162.5+3×245+162.5m。五跨1060m一联预应力混凝土连续刚构桥，桥面连续长度为世界之最。单箱宽19 .5m,梁根部高13m，跨中高4.1m，三向预应力。纵向预应力为3112.8高强低松驰钢绞线，张拉吨位为4271kN。横向预应力束采用412.8扁锚体系，张拉吨位为551kN。竖向预应力筋采用32mm精轧螺纹粗钢筋，张拉吨位为542kN。主墩为双壁式，双壁中心距为10.5m，墩高44.748.40m，柔度满足主梁伸缩变形要求。悬臂施工挂篮自重及施工荷载控制在1350kN以下。该桥是长江上第一座连续刚构桥。5、广东虎门大桥辅航道桥（主孔270m）1997年建成为中国最大跨径连续刚构桥。跨径为150+270+150m。桥面宽33m，由双箱组成，梁高根部14.8m，跨中5.0m。采用三向预应力。箱梁采用悬臂施工，分为31段，每段重238t。桥墩为双柱式空心墩，高约30m，采用提升模板施工。1.2 大跨梁桥长期挠度的问题 近10多年来，我国不少大跨径梁桥通车后出现持续下挠的现象。主跨245m的黄石长江大桥，通车运营以来跨中下挠已达32cm，出现大量裂缝。主跨270m的虎门大桥辅航道，从1997年建成通车以来跨中下挠已达20cm也发现裂缝。广东省南海金沙大桥主桥（66m+120m+66m）连续刚构，使用不满9年跨中梁体产生严重下挠，箱梁腹板伴随着出现大量斜裂缝56。一些省市主管部门对大跨梁桥及时地进行了加固处理。其费用十分可观。不同跨径桥梁跨中下挠平均速率，从国内一些大跨梁桥的实测记录分析如下：L100160m f徐0.51cm/年L160220m f徐12cm/年L220270m f徐23cm/年表11 240m以上连续刚构桥一览表序号桥名国家建成年跨径截面备注1斯托马桥挪威199894+301+72单室箱主跨中部182m用轻质砼；边跨梁内填砾石2拉夫特桑德特大桥挪威199886+202+298+125单室箱桥在R3000m平曲线上，中部224m轻质砼，边跨压重3虎门大桥辅航道桥中国1997150+270+150双单室箱桥在R=7000m平曲线上，C55砼4苏通长江大桥辅桥中国在建140+268+140双单室箱(在建)跨中设体外索5云南元江大桥中国200358+182+265+194+70单室箱桥高163m6门道桥澳大利亚1985145+260+145单室箱边跨悬出与引桥相连7宁德下白石大桥中国2003145+2×260+145双单室箱梁底用1.6次抛物线8泸州长江二桥中国2002150+252+55单室箱边跨重力式锚碇桥台，C60砼9Schottwien桥奥地利1989250单室箱四跨连续刚构10Doutor河桥葡萄牙1991250单室箱双线铁路11重庆黄花园大桥中国1999137+3×250+137双单室箱连续长度1024m12马鞍石嘉陵江大桥中国2001146+3×250+146双单室箱双幅，连续长度1042m13宜水路金沙江大桥中国2005140+249+140单室箱（在建），C65砼14黄石长江大桥中国1995162.5+3×245+162.5单室箱连续长度1060m，C55砼15江津长江大桥中国1997140+240+140单室箱C50砼16重庆嘉陵江大桥中国1997140+240+140双单室箱-, , 17重庆龙溪河大桥中国1999140+240+140双单室箱-18贵州六广河大桥中国2002145+240+145双单室箱桥墩高73m和90m大跨梁桥跨中下挠和底板开裂影响了桥面的平整度和结构的耐久性。控制大跨梁桥长期下挠已是我国预应力砼连续梁（刚构）桥当前亟待解决的难题。由于它是一门十分复杂的学问，影响因素也特别多。国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过不少研究，但都奏效均不大。当前桥梁建设大好形势迫切需要一种新思维的产生。对大跨梁桥设计理论所存在的问题要进行反思，对传统方法的要勇于破除迷信。在解决长期下挠问题的新征途中，新的一代将得到成长。当跨中设在双坡竖曲线范围内的大跨连续梁桥，其跨中下挠的线型只相当于增大竖曲线的半径R而已，在外观上不会出现突变。但苏通大桥辅航道桥处于1.5的单坡上，如果跨中在建造时产生过大的抬高、运营后又发生过大的下挠