大跨径梁桥的病害原因及其对策研究

成海军 张海君

目前我国已建桥梁约有34万座，其中以梁式桥居多，大跨径梁式桥已在我国大量修建。据统计，在世界排名前十的大跨径梁式桥中，我国有5座，而跨径330 m的重庆石板坡长江大桥跨径位居世界第一。然而大量的大跨径桥梁，在建成交付使用后不久，便出现了一些病害。较常见的病害概括起来有两大类:1)梁体跨中下挠;2)梁体开裂。尤其是跨径100 m以上的梁桥，病害较多。由此可见，探讨大跨径梁桥的病害原因及其预防对策十分必要。本文通过大量的资料调查，总结了我国现有大跨径梁桥存在的主要问题，在此基础上，进一步分析了产生这一主要问题的主要原因，并提出了相应的预防对策。

1 大跨径梁桥病害产生的原因及对策

1.1 梁体下挠

1.1.1 梁体下挠的原因

1)跨径的增大，使梁体跨中弯矩增加，挠度增大。随着现代桥梁跨径的不断增大，梁体由于恒载引起的跨中弯矩也在增加，相应的跨中挠度也在增大。2)混凝土的徐变。混凝土徐变是梁桥下挠的重要原因之一。近年来，随着桥梁跨径的不断增大，为减小恒载内力，桥梁结构越来越轻型化，这样混凝土构件的理论厚度也就相应减小，其徐变系数增大，由徐变引起的挠度也在增加。3)预应力损失过大。预应力损失过大，会导致梁体受拉部位出现开裂，影响梁体的承载能力，使梁体的下挠度增大。4)预拱度设置不足。支架受载后将产生弹性和非弹性变形，桥梁上部结构在自重作用下会产生挠度，为了保证桥梁竣工后尺寸的准确性，在施工时要求支架须设置一定数值的预拱度。如果预拱度不足，则梁体呈下挠趋势。5)部分活载也会产生徐变挠度。在设计计算时，徐变挠度计算只针对恒载。但在繁忙交通的路段上，桥上车流日夜不断，部分活载实际也成了“恒载”，也会产生徐变挠度，导致下挠度增大。6)梁体开裂，挠度加大。梁体在下挠的同时会开裂，不论是斜裂缝或横向裂缝，都会导致梁的刚度降低，挠度加大，尤其是在有较严重的斜裂缝和竖向裂缝时，其挠度加大更明显。

1.1.2 梁体下挠的预防对策

1)保证足够的正截面和斜截面强度。鉴于跨中下挠往往与竖向裂缝和斜裂缝一起发生，相互促进恶化，因此保证梁有足够的正截面强度和斜截面强度是首要的，计算时也要充分考虑徐变的不利影响。2)控制负弯矩区域截面的应力梯度。如果梁的正截面和斜截面强度得到保证，而且截面应力梯度小，不会同时出现下挠与开裂。在这样的前提下，只需设较小的预拱度，以抵消预应力徐变损失以及由合龙后混凝土徐变引起的徐变挠度。3)加强施工质量管理。在施工过程中，应严格控制线性，控制梁的自重，控制预应力张拉等。另外采用真空压浆，浆体必须满足泌水性的要求，重视并及早进行工地的预应力损失试验等[7]。4)跨中区段结构轻型化。桥墩附近的荷载(自重)对截面应力的影响不大，而跨中的荷载对截面的应力影响很大，所以，减轻跨中梁段的重量，可以减小截面应力，从而降低梁体下挠度。5)设计时要控制梁的恒载挠度。从目前的认识看，施工过程梁的最大弹性下挠不应超过 L/3 000，而梁合龙以后的最大下挠不应超过 L/1 400，而且在设计中应尽可能采用更小的值[7]。

1.2 梁体开裂

梁体开裂包括梁上出现斜裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、混凝土劈裂、横隔板裂缝以及齿板裂缝等。下面只讨论斜裂缝。

1.2.1 斜裂缝产生的原因

1)不配弯起筋或弯起筋不足。从20世纪90年代，在箱梁桥的设计中，较普遍地取消弯起束，而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工，可以减薄腹板的厚度，但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保证。2)作为平面问题分析，主拉应力偏小。设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，没有考虑横向的影响。不考虑横向应力的影响，必然使计算的主拉应力值偏小。此外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的剪应力加大，从而增大主拉应力[9]。3)腹板偏薄，配置普通钢筋偏少。在适当的部位(如支座附近)加大腹板厚度，增加普通钢筋的数量，有助于斜截面抗剪，防止斜裂缝的出现。4)竖向预应力施工操作不规范，误差大，有效预应力严重不足，特别是采用精轧螺纹钢，有的竖向预应力筋甚至松动，根本没有张拉力。

1.2.2 梁体开裂的预防对策

1)保证有足够的斜截面强度。要保证斜截面的强度，就必须对斜截面进行正确的配筋计算，合适地配置弯起筋和箍筋。2)采用三维分析箱梁的主拉应力。由于箱形截面会发生扭转、翘曲和畸变变形，会加大腹板中的剪应力，从而增大主拉应力。按三维进行分析，可以避免因计算主拉应力过小而导致设计截面强度不足，截面破坏。3)必须配置弯起束，同时也应配置竖向预应力束。配置预应力束时，必须充分考虑预应力损失。对竖向预应力束，应采用二次或多次张拉，确保其有效预应力。4)增加普通筋和箍筋的数量。适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量，加密箍筋，即便开裂也可将裂缝控制在较小的范围内。5)须按腹板竖向拉应力大小配箍筋。混凝土箱梁的设计应考虑由箱梁畸变及横向弯曲引起的腹板竖向应力，在设计时各截面的箍筋不能按构造配筋，须按腹板竖向拉应力大小进行配筋。6)严格控制超载。超载容易造成混凝土拉应力超限，控制超载是防止梁桥开裂的重要措施。7)混凝土养护。采取有效的混凝土保温、防止混凝土水分蒸发措施，研究制定专门的混凝土梁桥的施工规范，防止混凝土梁桥早期开裂。

2 结语

1)梁体下挠主要是由于各种荷载(恒载和活载)的长期作用，加之混凝土的徐变以及预应力损失过大，造成梁体受弯，跨中下挠。因此，控制恒载、活载比例，保证有效预应力和足够的预拱度值，是减小梁体下挠的有效措施。2)斜裂缝主要是由斜截面强度不足引起。合理配置弯起筋、箍筋以及竖向预应力筋，严格控制超载，是减少斜裂缝的有效方法。3)文中提出了一些防止出现梁体跨中下挠及斜裂缝的方法。然而，桥梁出现种种病害，往往是多种因素综合造成的。因此，必须做好桥梁的设计和施工中的每一个工序和细节，并对桥梁在整个生命周期进行有效的维护管理，才能保证大桥的质量和正常使用。

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[7] JTJ D60-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[8] 楼庄鸿.现有预应力混凝土梁式桥的缺陷[A].楼庄鸿桥梁论文集[C].2004.

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