连续刚构桥的主要病害及病害分析

朱宗伦

【摘要】人们为了寻求新的桥梁来跨越河道或者山区，连续刚构桥在我国得到了迅速发展。然而在役连续刚构桥在正常使用过程中，不仅要受到车辆、人群、地震、风等因素作用，还会受到环境、以及一些化学物质侵蚀，并且桥梁自身材料也受到退化等等，随着现在交通量的增加，目前作为连续刚构桥已经出现了不同程度的一些病害情况，从而导致现在许多在役连续刚构桥存在安全隐患，使许多在役连续刚构桥的承载能力不足，严重的影响到了我们的交通路网的畅通和车辆运营的安全。

【关键词】连续刚构桥；退化；病害情况；承载能力

一、 连续钢构桥的介绍

连续刚构桥是预应力混凝土大跨径梁式桥的主要桥型之一，它综合了T形刚构桥和连续梁的受力特点，将主梁做成连续体，与薄壁桥墩固结而成。在上世纪60年代，前联邦德国首先使用悬臂浇筑法在莱茵河上建立了主跨为114.2m和208.0m的沃尔姆斯和本道夫桥。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的主梁一般采用箱形截面，包括单箱单室、单箱双室、双箱双室等截面。应用箱型截面的优势在于，其拥有较强的抵抗扭矩的能力；箱梁顶板和底板拥有较大的混凝土面积，对于抵抗正负弯矩的影响较为出色，在配置足够钢筋的条件下，其结构承载力较为出众，施工技术成熟，较厚的混凝土底板使连续刚构体系能采用悬臂施工法、顶推法等施工方法，混凝土箱梁的各部件的整体性能优越，共同抵抗恒载和活载，顶板和底板较厚，具有足够的布置预应力钢束的位置，具备经济性并具有优秀的结构性能；若桥梁的桥面较宽，则跨中因为抵抗扭矩的能力较强，可取消横隔板的设置，也能取得较好的承载效果。同时，箱梁的截面高度、底板、腹板和顶板的厚度都可以因不同的受力条件而做出适当的调整，使结构提高更好的受力性能，延缓病害的出现。

二、 连续刚构桥的病害分类

随着桥梁的正常使用，其病害也不断的暴露出来，严重影响到了桥梁的运营。事实上，梁体下挠和梁体开裂总是伴随产生的，并且相互耦合的。连续刚构桥常见病害归结为以下几类：

1.梁体开裂

梁体裂缝主要出现在顶板、底板、跨中腹板。这些裂缝的存在大大降低了预应力混凝土连续刚构桥的使用性能，主梁的整体刚度降低，结构质量下降，如果不能及时的进行养护维修，必然导致主体结构的破坏甚至有可能导致严重事故的发生。

⑴底板纵向裂缝

连续刚构桥的底板上出现沿预应力钢束方向的纵向裂缝，并且多数刚构桥底板的上、下缘均存在裂缝。经调查，底板下缘裂缝多数出现于主梁合龙后形成预拱度时，底板上缘裂缝多数出现于成桥后，这些裂缝的存在对桥梁的承载能力以及耐久性影响很大。

⑵顶板裂缝

连续刚构桥因为设计、施工及其它因素致使顶板出现一些裂缝。如设计不合理、预应力不足、孔道的位置偏差、灌浆不好、锚固不良、超载等均会使顶板产生横向裂缝、纵向裂缝。

⑶腹板裂缝

经统计，梁体裂缝出现最多的是腹板斜裂缝。这些斜裂缝大多与主梁轴线呈 ，并且会随桥梁运营时间的推移，数量逐渐增加，同时裂缝会向上、向下及跨中发展。经调查还发现，箱内的裂缝要比箱外腹板斜裂缝严重。

2.梁体跨中下挠

连续刚构桥主跨跨中下挠过大已经成为一种普遍现象。中跨跨中下挠过大，表明桥梁结构整体刚度下降，结构的总体性能下降。梁体下挠过大将造成桥梁线形的不平顺，同时也将引起梁体的开裂，进而影响到桥梁结构性能。预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠是目前普遍存在的问题。从另一个侧面也说明大跨径预应力混凝土箱梁的长期下挠的确是体系上存在缺陷，不同地域造成的材料与环境的差别、施工质量的差别等特定因素不是造成下挠的必然原因。因此，对连续刚构桥下挠有了充分认识，才能提高桥梁的持久承载力，避免受力裂缝的产生，控制梁体下挠幅度。

3.墩身裂缝

根据连续刚构桥的受力特性，墩身大多采用柔性墩，常见为双肢薄壁墩和空心薄壁墩。双肢薄壁墩用于墩身不高时候，较高采用空心薄壁墩，因此易造成墩身表面开裂。

4.钢筋锈蚀

由于预应力混凝土结构投入使用年限还较短，很多还未暴露出来。多数为普通钢筋锈蚀，预应力钢筋锈蚀经调查，2000年8月发现京广线石家庄百孔大桥的一束预应力钢丝束和内梁的腹板箍筋和已锈断，这是我国预应力混凝土桥梁首例因锈蚀而致使预应力筋断裂的现象。

三、 连续刚构桥的病害分析

1.裂缝产生原因分析

①自身材料方面的因素，如混凝土自身收缩和徐变、下沉离析，水泥含泥量过大等。

②施工方面的因素，如绑扎钢筋时钢筋排放不规则，钢筋的保护层厚度不足、浇筑的混凝土搅拌时间过长或者不均匀，模板拆除时方法不恰当致使拆模过早或者出现拆模裂缝等。

③桥梁使用环境及温度方面的因素，箱梁内外面的形成的温度差、冻胀等。

④设计方面的因素，如竖向应力弹性压缩的损失量计算多数参考的是纵向预应力的弹性压缩计算方法、将拐角设计成为倒角，以及车辆存在超载，设计时未充分考虑等。

2.跨中下挠产生原因分析

在梁体上主要有结构本身的恒载、活载和预应力体系提供的作用，所以对于梁体的下挠来说，除了荷载以外，结构刚度也是影响挠度的主要因素。而箱梁刚度受结构布置、混凝土开裂程度、预应力体系和混凝土收缩徐变特性与疲劳特性等因素的影响，而预应力体系对挠度的作用效应受预应力的布置和有效预应力的大小所左右。所以总结来说，连续刚构桥下挠现象的主要因素为：

①设计方面，如对混凝土自身收缩徐变认识不足，设计的徐变挠度远远小于实际的徐变挠度，导致桥梁结构下挠过大；结构的轻型化导致混凝土徐变显著增大；内支点负弯矩处预应力筋配置不足等。

②作用效應方面，如预应力体系作用效应对长期挠度的影响；对预应力长期损失估计偏低，尤其是节段施工梁的预应力长期损失估计偏低；一部分活载也能产生徐变挠度。

③施工方面，如控制各阶段主梁挠度的认识不足，导致成桥后存在初始挠度，以至结构在长期荷载作用下徐变挠度不断增加；不同的施工方法；过早的加载导致徐变增大；预应力管道灌浆不饱满和施工超方等。

事实上，上述因素都不是孤立存在的，而是相互影响，并且伴随着长期的随机性和不确定性。

3.墩身裂缝原因分析

经调查统计发现，墩身开裂均是由于混凝土自身的收缩、日照的温差、内外的温差、基础的沉降等产生次内力，致使墩身出现裂缝。

4.钢筋锈蚀原因分析

多数为施工原因造成，如预应力管道压浆不饱满或者未进行压浆，致使预应力钢绞线存在断丝、滑丝，部分钢筋暴露于空气之中，出现锈蚀现象。

结束语

随着连续刚构桥的运营使用，其主要病害也慢慢体现出来了，然而连续刚构桥是一种超静定结构，受力较为复杂，容易产生次内力，其次内力对其影响较大，诸多因素致使目前在役预应力连续刚构桥存在许多安全隐患，严重影响到了我国的交通路网的畅通以及车辆运行的安全，因此对连续刚构桥的主要病害进行全面认识也是至关重要的。只有有了充分认识，才能避免高额的、不必要的重建或维修费用，建立结构安全性和经济性的合理平衡，对在役预应力混凝土连续钢构桥的病害进行全分析认识是不可缺少的前提。

参考文献

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