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摘 要：在近二三十年,我国的桥梁建设达到了前所未有的高速时期,大跨预应力混凝土连续桥梁由于整体性能好、抗扭刚度大、和施工方法比较成熟等优点而被广泛应用,但因为部分桥梁在施工或使用过程中出现了不少的病害,影响了桥梁的运行安全,在此必须对其病害进行深入的研究.
关 键 词：大跨预应力混凝土连续梁桥；病害；研究
预应力混凝土连续桥梁具有变形小、伸缩缝少、养护比较简单、结构刚度较好以及抗震力比较强等优点,因而很自然的成为了桥梁建设的首要选择,所以得到了广泛的应用.但是这些年以来,许多建成于上世纪80、90年代的预应力混凝土连续桥梁开始出现许多病害,对桥梁进行维修已经是亟待解决的问题.本文根据这种形势,选择了某具有代表性的大跨预应力混凝土连续桥梁,并对其病害进行调查研究.
1某桥梁的主要病害描述
该大跨预应力混凝土连续桥梁建成于1993年,该桥运行通车已有近20年,总长1548米,桥面13米宽,横跨汉江两岸,是某市的重要的一条交通要道.目前,该桥已经出现了多出裂缝以及桥面沉陷,存在较严重的安全隐患.在2001年对该桥进行观测的时候,发现其桥面有轻微下沉现象.2003年再对其进行了沉降观测,发现其东侧的第三孔箱梁下沉了17.8厘米,之后就开始每10天对其进行一次观测,发现该桥的下沉幅度在不断的增加,箱梁的裂缝也开始增多.到2007年的4月,该桥的箱梁一共出现了56处裂缝,其中最长的裂缝长达9.3米,最大的下陷处达23厘米.
2桥梁的病害成因
对于预应力混凝土连续桥梁病害的成因,国内外都有许多的论文和资料对其展开了探讨,他们的研究有的是根据某座特定的桥梁来展开的,有的是对预应混凝土连续桥梁的病害成因以及处理方法的综合描述.而通过对这些资料的整理,以及对我国桥梁建设运行实际情况的分析,我国大跨预应力混凝土连续桥梁病害成因主要是因为以下几个方面：
2.1桥梁纵向、竖向预应力的损失
大跨预应力混凝土连续桥梁在使用了一段时间之后,其纵向预应力的损失开始逐渐加大,对桥梁混凝土的压力逐渐减小,这就相当于在混凝土上施加了一个方向相反的拉力,而由于这个方向反向拉力的存在,作用到桥梁各个截面的中心轴处,就会使桥梁的结构产生一个向下变形弯曲的弯矩.研究表明,由于这种预应力钢筋的长度比较断,导致桥梁上很小的锚固间隙都会使桥梁的竖向预应力明显减小,如果桥梁建设施工的时候没有采取严格的控制以及专门的施工设备,就会使得桥梁施工建成之后的实际有效预应力自能达到理论值的三分之二,甚至是原来的一半.而在桥梁长期的运营当中,由于车辆的承载对桥面负荷的冲击,导致桥梁的钢筋锚头也开始逐渐的松动,桥梁的竖向预应力由于锚固的变形以及混凝土的徐变也开始减少,造成桥梁的抗剪能力下降,而主拉力变大,从而导致桥梁梁箱两侧的腹板出现许多斜剪裂缝.
2.2剪力滞效应
对于横断面为单箱单室的桥梁,其剪力滞影响会从跨中到支点处逐渐增大,而根据美国公路桥设计规范的要求,对于桥梁的梁箱结构不可以按照完全的桥梁界面受力去计算,应该考虑到剪力滞效应的影响,在桥梁支点处的梁箱界面要减少15%,而桥梁跨中处的梁箱需要减少2%,其他的断面再一次内插.所以剪力滞效应的存在使地大跨预应力混凝土连续桥梁的预应力储备值减低.
2.3混凝土的收缩徐变
对于大型连续的桥梁体系,其建设一般采用挂篮悬浇法来施工,而根据桥梁本身结构的固有特性以及施工的特点,混泥土的收缩徐变也会对桥梁的预应力造成较大影响.在桥体结构合拢之后,由于桥梁体系发生了转换,如果桥体的施工周期比较长,则混凝土的收缩徐变会完成的比较多,桥体合拢之后的次生应力就会比较小,如果桥体施工周期较短的话,混凝土的收缩徐变的完成就会比较小,桥体合拢之后的次生应力则会比较大.针对这种情况,我国目前对混凝土收缩徐变方面的理论以及所需的设计程序都还在完善当中,对于不同理论体系,其所得到的混凝土收缩徐变对于桥体的影响值也不完全相同,但混凝土收缩徐变因素对桥梁的影响是不能不考虑的.
2.4桥体保护层不足引起的裂缝
如果桥体的保护层严重不足,或者是水灰的比重过大,桥体在施工的阶段就已经会产生裂缝,又或者是随着混凝土缓慢收缩而在桥梁完工一年、两年或数年之后才出现裂缝.对于这些裂缝,如果长期暴露的雨水中,或者桥梁邻近海边的话,就会造成钢筋的锈蚀,从而使桥体混凝土保护层加速崩裂.
2.5承载负荷超载
随着我国经济的快速发展,各地公路桥梁的交通流量越来越大,对于车辆超载的现象也是屡见不鲜.而桥梁如果长期处于超负荷运载的状况,必然会加剧其桥体的变形和开裂.
3预防病害的措施
3.1在设计混凝土箱梁时要考虑到腹板处箱梁畸变以及横向弯曲引起腹板的竖向预应力,各个截面的箍筋也需要按照腹板竖向预应力的大小来进行钢筋匹配,而不应该按照构造来配置钢筋.宜采用直径小而且密集的箍筋.而由于纵向预应力以及多向预应力的应用,混凝土箱梁的行梁也趋向越来越轻越来越薄,针对这种情况,在设计顶板的时候应该按照规范来设计,按照简支体系来设计,考虑桥体跨中的弯矩,在配筋设计时可以增加一倍,这样就能有效防止顶板的开裂.
3.2箱梁荷载的横向分布引起的畸变、扭转和横向弯曲,造成每个腹板所承担的载荷分布都有很大的差别,因此横向载荷的分配系数要充分考虑到畸变、扭转以及横向弯曲所引起的载荷增加.
3.3采取有效的混凝土保温措保湿措施,制定混凝土箱梁的施工规范,通过采用添加煤粉等添加剂,减少水泥的用量,可以有效防止混凝土箱梁的早期开裂.
3.4严格控制车辆超载是防止桥梁变形开裂的重要措施.
结语
本文通过对于大跨预应力混凝土连续桥梁病害产生的原因的分析,以及针对这些原因提出解决方法,以为日后大跨预应力混凝土连续桥梁的维修加固以及病害预防提供指导依据和建议,通过采用合理的预防、和维修加固方法,以保证桥梁的安全、长期运营.