浅析预应力混凝土连续梁桥

张雄　王文杰　柏学清　韩晓华

摘 要：改革开放以来，我国基础设施建设在全国开展的如火如荼，其规模也是前所未有。我国地域辽阔，河流众多，桥梁建设显得异常重要。桥梁有很多种，预应力混凝土连续桥梁则算是最有发展前景的一种。现在预应力混凝土连续桥梁在城市公路、铁路桥梁等各项工程中得到了广泛应用。

关键词：混凝土连续桥梁；性能；预应力

1预应力混凝土定义

为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，在混凝土结构构件受荷载作用前，对受拉区混凝土提前施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，以推迟混凝土裂缝的出现和发展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。

1.1预应力混凝土连续梁桥

过去很多桥梁用的都是普通钢筋混凝土材料。但是普通钢筋混凝土结构存在很多缺点：比如它很容易出现裂缝，所以它不能承受高强度负荷。若要解决裂缝影响，就需要采用高强度材料，但这样会使桥梁自重过大，这样会影响桥梁的跨越能力，也会造成材料的浪费。

预应力混凝土结构就是伴随着这些问题应运而生的。它是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。通过这种方式抵消外载荷作用下混凝土产生的拉应力。因此预应力混凝土连续桥梁具有受荷载影响变形小、结构受力性能好、产生的伸缩缝减少、造型更加简洁、抗动力扰动能力强、行车平顺舒适、养护工程量小等特点。

1.2预应力结构发展过程

预应力混凝土桥梁最早出现在二战前后西欧的一些国家，当时这些国家在二战后急缺钢材。预应力结构就是用来代替部分钢结构，缓解钢的紧缺。我国预应力混凝土结构起步相对较晚。但是改革开放以来得到了飞速发展。我国现已经具有了有关简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构建造技术和较为完善的体系。在预应力混凝土结构短短80多年的发展中，在桥梁结构方面，随着预应力理论的不断成熟和不断发展，预应力混凝土技术的实践运用必将越来越广泛。

1.3连续梁的优缺点

连续梁优点：在恒定荷载的作用下，连续梁位于支点处的有卸载作用的负弯矩，可以减小跨中正弯矩，使得在弯矩方面性能与同跨悬臂梁相近；然而与悬臂梁相比，即使连续梁有活载作用，由于梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，依然是悬臂梁的弯矩分布无法比拟的。连续梁优点众多，不过由于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时，最初它并不是预应力结构体系中的首选。之后随着悬臂施工方法的进一步发展和实践使用，连续梁在预应力混凝土结构中得到了极快发展。60年代初期逐跨架设法与顶推法就用在了中等跨预应力混凝土连续梁中；而在较大跨连续梁中，用的则是更完善的悬臂施工方法，这连续梁方案重新发展，并且成了在40～200米范围内的首选。预应力混凝土连续梁结构体系在城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，以及跨河大桥，凭借其优势，成为首选方案。

然而，由于大跨度连续梁所需要的巨型支座，对于结构的设计，和养护修缮方面存在诸多困难；而T型钢架结构则无需支座，良好的結合两种结构使用，可以形成一种连续的结构体系。能够综合多种结构优点的连续梁体系必然是连续梁的主要发展。

2预应力混凝土连续梁桥使用过程中存在的主要问题

由于预应力混凝土生产工艺和材料的固有特性等原因，预应力筋的应力值从张拉、锚固直到构件安装使用的整个过程中不断降低。这种降低的应力值，称为预应力损失。

①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失；

②预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失；

③混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失；

④钢筋应力松弛引起的预应力损失；

⑤混凝土的收缩徐变引起的预应力损失；

⑥用螺旋式预应力钢筋作配筋的 环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失。预应力有损失，一般不会完全消失，损失一部分后会降低预应力的效果，影响构件的抗裂性能。

在预应力混凝土在大跨径连续梁桥的实际工程中，容易出现其主要问题是箱梁混凝土出现了不同性质的裂缝。这些裂缝大部为受力裂缝，宽度较大。为保证桥梁能够安全使用并保证结构的耐久性，前人已经对裂缝的形成有过较为系统的分析。通过对其结论的认识提高对裂缝问题的重视，应对预应力混凝土桥梁的设计、施工、管理和监理工作中可能遇到的问题。

预应力混凝土连续箱梁结构中裂缝形成的原因：

①在主桥总体设计中，跨径比例、箱梁截面尺寸的拟定不合理；

②结构设计抗弯剪能力不足；

③对由预应力钢束引起的附加力估计不足；

④对温度应力重视不够；

⑤施工质量不好、其中包括混凝土浇筑与养生；施工顺序与施工精度；预应力钢来的保护层厚度达不到设计要求；支架与模板变形过大；预应力张拉力不足；灌浆不及时或其他质量问题等。

⑥材料质量——如混凝土的水泥及骨料品种、材料级配及计量误差等问题。

3预应力混凝土连续梁桥的裂缝问题对策

①表面收缩裂纹。解决办法：加强养护；

②由于混凝土强度不足，造成锚下裂纹。解决办法：加强混凝土施工控制，保证混凝土强度符合设计要求；另外，要保证混凝土强度达到设计要求的强度指标后，再张拉。

③由于张拉力不足，造成使用中开裂。解决办法：加强张拉控制，保证张拉力符合设计要求。

④由于存放时间过长，上拱度过大，造成上表面开裂。解决办法：即时张拉，即时使用。

⑤纵向分布的钢筋以及受力钢筋，特别是箍筋对结构的抗剪、斜截面强度和主拉应力的性能有较大提升。箍筋的套箍作用对于采用高强度混凝土情况的结构施工有重要影响。

改革开放以来，我国虽然在设计、施工、预应力材料和设备上都已经超过国际平均水平。但还是与国际先进水平有些差距。我们需要不断总结经验、吸取教训、努力学习国外的先进技术，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上不断完善、不断发展、勇于创新。

参考文献：

[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社，1988

[2]预应力工程实例应用手册（桥梁结构篇）北京：中国工业建筑出版社，1996

[3]李坚.上海预应力混凝土连续梁桥的发展.′95预应力混凝土连续梁和刚构桥学术会议论文集.上海：同济大学出版社，1995

（作者单位：武汉科技大学理学院）