某桥结构破坏分析.pdf

某预应力混凝土连续箱梁特大桥某预应力混凝土连续箱梁特大桥主桥右幅事故及结构分析主桥右幅事故及结构分析一、工程慨况工程慨况某特大桥总长某特大桥总长1483m, 双向双向6车道，其中跨河段主桥上部结构 为车道，其中跨河段主桥上部结构 为3孔孔47m+75m+47m预应力混凝土变截面连续刚构，半幅桥面宽预应力混凝土变截面连续刚构，半幅桥面宽 17m，底板宽，底板宽8m，各侧悬浇块体，各侧悬浇块体9块，块，10#块为合拢块，总体施 工顺序先右幅后左幅，原在2004年12月24日己具备中跨合拢，由 于气温均低于10℃，没有及时合拢于2005年2月24日晚浇注合 拢段砼，3月5日开始张拉中跨合拢段预应力束，块为合拢块，总体施 工顺序先右幅后左幅，原在2004年12月24日己具备中跨合拢，由 于气温均低于10℃，没有及时合拢于2005年2月24日晚浇注合 拢段砼，3月5日开始张拉中跨合拢段预应力束，3月月7日张拉完成 后底板出现开裂日张拉完成 后底板出现开裂第一次中跨合拢段施工第一次中跨合拢段施工合拢束张拉后底板合拢束张拉后底板 9＃＃、、 10＃＃块体预应力束部位有部分混凝土与底板混凝土崩离拱起明显破损，且沿着底板预应力束方向有裂缝展 开至块体预应力束部位有部分混凝土与 底板混凝土崩离拱起明显破损，且沿着底板预应力束方向有裂缝展 开至8＃＃块，并延伸至块，并延伸至7＃＃块前端约块前端约1m段有细微纵向裂纹；段有细微纵向裂纹；1、本次破坏情况描述及破坏机理初步分析、本次破坏情况描述及破坏机理初步分析1.1、破坏情况描述、破坏情况描述从锯开的断面破坏情况看，从锯开的断面破坏情况看，9＃－＃－10＃、＃、8＃－＃－9 ＃块体接头断面破坏严重，＃块体接头断面破坏严重，10＃、＃、9＃块全部、＃块全部、8＃块 大部波纹管区开裂贯通，＃块 大部波纹管区开裂贯通，9#块最严重，底板已分成上 下两层，在靠近腹板的短束位置（第块最严重，底板已分成上 下两层，在靠近腹板的短束位置（第4道）波纹管两 侧间砼部分呈粉碎状，其它部分为斜向开裂，向内侧 长束方向逐渐减小。

道）波纹管两 侧间砼部分呈粉碎状，其它部分为斜向开裂，向内侧 长束方向逐渐减小10＃块中间段＃块中间段上面层劈裂上面层劈裂10＃块中间段＃块中间段1 410＃块中段＃块中段9＃块断面＃块断面破坏最严重断面破坏最严重断面10＃块中段＃块中段9＃块＃块9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面4由泊松比效应而产生的拉应变由泊松比效应而产生的拉应变轴向压力轴向压力N由泊松比效应次生的由泊松比效应次生的拉应力拉应力由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面9＃块断面＃块断面劈裂延伸缝非波纹管区有效截面大 则压应力小而没有破坏劈裂延伸缝非波纹管区有效截面大 则压应力小而没有破坏9＃块断面＃块断面非波纹管区有效截面大 则压应力小而没有破坏非波纹管区有效截面大 则压应力小而没有破坏8＃块断面＃块断面8＃块断面＃块断面8＃块断面＃块断面通到底板上 的纵向裂缝通到底板上 的纵向裂缝8＃块断面＃块断面通到底板上 的纵向裂缝通到底板上 的纵向裂缝8＃块断面＃块断面4在在8＃－＃－7＃块段上下开裂宽度逐渐减小， 接近＃块段上下开裂宽度逐渐减小， 接近7＃块＃块1m处已没有贯通开裂，波纹管间开裂 也逐渐减小，但在底板上还有明显纵向裂缝。

到m处已没有贯通开裂，波纹管间开裂 也逐渐减小，但在底板上还有明显纵向裂缝 到7＃块端部上下层砼已没有分离，只在靠腹板 的短束附近＃块端部上下层砼已没有分离，只在靠腹板 的短束附近4－－8道波纹管间还有在较明显斜向 开裂、底板上纵向有毛细裂缝当锯到道波纹管间还有在较明显斜向 开裂、底板上纵向有毛细裂缝当锯到7＃块向 内＃块向 内80cm处（原设计锯切面），截面大部分已没 有开裂，只在齿板外侧cm处（原设计锯切面），截面大部分已没 有开裂，只在齿板外侧2－－6道波纹管间有斜向 裂缝，而道波纹管间有斜向 裂缝，而7＃块短束齿板部分由于截面较厚没有 发现开裂情况当锯＃块短束齿板部分由于截面较厚没有 发现开裂情况当锯2次次50cm到到7＃块向内＃块向内1.8m 处大部分已没有开裂情况，只在齿板断面外3道 波纹管间仍有少许细微裂纹，当人工凿除m 处大部分已没有开裂情况，只在齿板断面外3道 波纹管间仍有少许细微裂纹，当人工凿除70cm 到到2.5m处彻底没有开裂情况处彻底没有开裂情况8＃块中段＃块中段8＃块中段＃块中段7＃块断面＃块断面7＃块断面＃块断面7＃块断面＃块断面7＃块断面＃块断面7＃块断面＃块断面7＃块断面＃块断面7＃块进入＃块进入80cm位置位置 齿板部分截面厚则 应力小而没有开裂波纹管间还有斜向开裂、 底板上纵向有毛细裂缝。

齿板部分截面厚则 应力小而没有开裂波纹管间还有斜向开裂、 底板上纵向有毛细裂缝典型的压应力 产生拉应变而将结构劈裂典型的压应力 产生拉应变而将结构劈裂7＃块进入＃块进入180cm位置位置还有少许细微裂纹还有少许细微裂纹1.2、1.2、破坏机理初步分析：破坏机理初步分析：根据破坏裂缝的开展规律来判断，本次开 裂先从根据破坏裂缝的开展规律来判断，本次开 裂先从9＃块与＃块与10＃块体交界面最后张拉的短束 （从腹板向内第＃块体交界面最后张拉的短束 （从腹板向内第4道）处最先破坏，该处破损最 严重，局部砼已呈粉碎状然后应力重新分配 沿道）处最先破坏，该处破损最 严重，局部砼已呈粉碎状然后应力重新分配 沿横向横向薄弱面逐渐扩展至整过断面，同时从己 破坏的断面沿薄弱面逐渐扩展至整过断面，同时从己 破坏的断面沿纵向纵向薄弱面－波纹管区段向块体 延伸直至薄弱面－波纹管区段向块体 延伸直至7＃块体初步分析总体压应力不超标，而是由于局 部应力超大而使结构破坏，造成局部应力超大 的原因有以下二方面因素：＃块体初步分析总体压应力不超标，而是由于局 部应力超大而使结构破坏，造成局部应力超大 的原因有以下二方面因素：①悬浇块体的底板按抛物线（或圆曲线）设计，但与合拢块底板交接面 处均为明显折线过渡，此处的曲率半径①悬浇块体的底板按抛物线（或圆曲线）设计，但与合拢块底板交接面 处均为明显折线过渡，此处的曲率半径R突变减小，从而使该处局部径向力突变减小，从而使该处局部径向力 W=N/R明显比其它位置大许多，即该明显比其它位置大许多，即该截面径向力最大截面径向力最大。

再就是该处底板截 面厚度最薄，有效再就是该处底板截 面厚度最薄，有效截面最小截面最小，在相同纵向压力，在相同纵向压力N作用下该处作用下该处产生的压应力最 大产生的压应力最 大悬浇块与合拢块底板交接面处的应力为悬浇块与合拢块底板交接面处的应力为最不利组合最不利组合，该截面组合应力最 大，由局部应力集中超标而导至结构从该截面破坏；，该截面组合应力最 大，由局部应力集中超标而导至结构从该截面破坏；1099NNR25cm径向力径向力W=N/R压力压力N压力压力N由泊松比效应次生的由泊松比效应次生的 拉应力拉应力由拉应力产生的拉应变而 劈裂结构并产生纵向裂缝由拉应力产生的拉应变而 劈裂结构并产生纵向裂缝曲率半径突变减小曲面在轴向力作用下上拱产生拉应力而使上表面开裂曲率半径突变减小曲面在轴向力作用下上拱产生拉应力而使上表面开裂②予应力张拉后的应力传递过程需要一段时间，在 刚张完的②予应力张拉后的应力传递过程需要一段时间，在 刚张完的4－－6小时间内，压力集中在局部而没能扩散至 整体截面承受，这之前截面上的局部压应力已较高，加 上最后产生的局部小时间内，压力集中在局部而没能扩散至 整体截面承受，这之前截面上的局部压应力已较高，加 上最后产生的局部瞬间瞬间压力集中，且该区段波纹管密 集，挖空面较大且底板厚度最小，该压力集中区段局部压力集中，且该区段波纹管密 集，挖空面较大且底板厚度最小，该压力集中区段局部 有效截面最小有效截面最小，所以在局部产生的压应力超标而使砼压 碎，由于局部破坏而应力重新分布，沿已开裂的薄弱面 传递而将结构劈裂。

所以在局部产生的压应力超标而使砼压 碎，由于局部破坏而应力重新分布，沿已开裂的薄弱面 传递而将结构劈裂112234567891011CB6 CB5 CB4 CB6 CB5 CB4 CB3 CB2 CB1 CB3 CB2 PB2所以对底板合拢钢束滿布的所以对底板合拢钢束滿布的7＃、＃、8＃、＃、 9＃、＃、10＃块进行＃块进行加厚加厚和在块体交接面处和在块体交接面处加 设横肋梁加 设横肋梁，有效地增大了受压截面积、降低 了局部应力；同时在横肋梁中加设对波纹管 孔道的吊筋，也有效地了提高了约束由于曲 率半径突变减小而产生的较大径向力的能力有效地增大了受压截面积、降低 了局部应力；同时在横肋梁中加设对波纹管 孔道的吊筋，也有效地了提高了约束由于曲 率半径突变减小而产生的较大径向力的能力本次执行专家意见采取的本次执行专家意见采取的减束降底主跨 底板压应力水平、加厚底板、加设横肋梁减束降底主跨 底板压应力水平、加厚底板、加设横肋梁的 修复措施有效地提高了防止局部应力超大而 使结构破坏的能力，是这次修复成功的重要 保证的 修复措施有效地提高了防止局部应力超大而 使结构破坏的能力，是这次修复成功的重要 保证。

2.1、、在设置底板纵向合拢束配束应力计算 时，不宜在底板中设置过大的压应力储备，根 据类似桥梁的设计经验，最小压应力储备应在在设置底板纵向合拢束配束应力计算 时，不宜在底板中设置过大的压应力储备，根 据类似桥梁的设计经验，最小压应力储备应在 1Mpa左右为宜左右为宜过大的压应力易在压力还没 有均衡到整体截面承受时，在局部、瞬间压力 集中区段超标而导致底板结构被压损过大的压应力易在压力还没 有均衡到整体截面承受时，在局部、瞬间压力 集中区段超标而导致底板结构被压损从本次从本次“解剖解剖”后的锯切面破坏情况看，由 于局部压应力大将砼压成粉碎状，所以后的锯切面破坏情况看，由 于局部压应力大将砼压成粉碎状，所以适当减 束降低压应力水平非常是正确的适当减 束降低压应力水平非常是正确的2、建议在今后设计方面应考虑采用以下措施、建议在今后设计方面应考虑采用以下措施2.2、、在进行局部应力验算计算截面受压面积时，应剔除 施工阶段未灌浆情况下的孔道挖空面积，以及在施工阶段张 拉过程有一个应力传递时差，在张拉后的一段时间内截面非 整体受力，大部份张拉力产生的压力在一定时间内（预计在进行局部应力验算计算截面受压面积时，应剔除 施工阶段未灌浆情况下的孔道挖空面积，以及在施工阶段张 拉过程有一个应力传递时差，在张拉后的一段时间内截面非 整体受力，大部份张拉力产生的压力在一定时间内（预计4－－ 6小时）集中在底板上而非全截面受力，该情况时平均压应力 为底板的有效面积（扣除孔道挖空面积）上的压力，同时还 应考虑最不利时在最后小时）集中在底板上而非全截面受力，该情况时平均压应力 为底板的有效面积（扣除孔道挖空面积）上的压力，同时还 应考虑最不利时在最后2束张拉后，该压力还不能均衡到底板 整体截面，而集中在最后孔道两侧范围内时产生的局部瞬间 应力是否超标。

束张拉后，该压力还不能均衡到底板 整体截面，而集中在最后孔道两侧范围内时产生的局部瞬间 应力是否超标为了防止以上不利情况，应在为了防止以上不利情况，应在结构构造上结构构造上采取以下措施：采取以下措施：①加厚底板、使其有足够的有效截面积受力减少压应力，①加厚底板、使其有足够的有效截面积受力减少压应力，本 次从本 次从25cm增加到增加到30cm是非常必要和正确的是非常必要和正确的②波纹管的间距不宜过小，应至少满足新规范②波纹管的间距不宜过小，应至少满足新规范6cm的要求， 以便增大波纹管密集区的有效截面的要求， 以便增大波纹管密集区的有效截面2.3、、由于块体间接头处均为折线型过渡。