大跨度连续梁、连续刚构桥常见病害及防治对策(全面)

大跨度预应力连续梁、连续刚构 桥常见病害及防治对策
桥梁工程系研究生专业讲座
1 PC连续梁（刚构）桥的发展
世界
– Worms Bridge 首创悬臂浇注施工方法 – 1964年 Bendorf Bridge 208米 – 1985年 Gateway Bridge 260米 – 1998年 Stolma Bridge 301米 – 2006年 石板坡复线 340米
虎门大桥辅航道桥跨中挠度
Parrotts Ferry Bridge 195米
Koror-Babeldaob 240米
3 病害的原因
设计理念
– 预应力只要使混凝土不出现拉应力 – 预应力抵消大部分恒载弯矩
构造设计错误
– 普通钢筋配筋问题
施工质量问题、措施不当
– 预应力施加质量 – 模板刚度 – 预应力灌浆质量 – 分层分段问题
– 挂篮变形无规律
节段之间高低不平
– 内模刚度不足
阶段内高低不平,横坡误差大
– 大范围超重,达到恒载4~5%,抵消1~2Mpa 预应力
3.3 施工质量问题、措施不当
分层分段问题
– 竖向分层间的不同步收缩
腹板后浇混凝土开裂,竖向裂缝
– 纵向节段间的不同步收缩
主要出现在0号与1号块,顶板纵向裂缝
裂缝、下挠的机理
– 先裂缝,再下挠？ – 先下挠,大应变造成裂缝？ – 开裂后的应力重分布,稳定吗？
已建桥梁的承载能力
– 下挠、开裂后的剩余承载能力 – 剩余寿命
下挠
– 纵向
垮桥
黄石长江大桥 245米
下挠32厘米 6000多条裂缝
虎门大桥辅航道桥跨中挠度
Deformation ( Unit: mm )
225 200 175 150 125 100
75 50 25
0 -25
0
Right Left
10
20
30
40
50
60
70
80
Time after been open to traffic ( Unit: Month )
石板坡复线桥
4.2 针对运营阶段的长期问题
采用组合结构桥梁
– 腹板、底板钢板,顶板混凝土 – 波折腹板 – 桁架腹板
4.2 针对运营阶段的长期问题
改变结构体系
– 新桥
矮塔斜拉桥？
– 已经下挠的桥梁
增加拉索体系 Puttesund Bridge
5 待研究的问题
徐变规律
– 实际情况与实验室的差异
3.4 汽车超重
总重量
– 增加总体下挠 – 薄弱截面经常出现临时裂缝,横向裂缝
轴重
– 桥面板局部开裂,纵缝
4 处治对策
针对施工阶段的问题
– 提高预应力施加的可靠性 – 合理配筋 – 科学施工、提高施工精度
针对运营阶段的长期问题
– 提高预应力度、改变徐变次内力 – 施加体外预应力 – 限制荷载 – 减轻桥梁重量 – 组合结构桥梁 – 改变结构体系
后果
– 长期挠度大 – 梁体裂缝
腹板斜裂缝 底板横桥向裂缝
3.2 构造钢筋
齿板钢筋
– 锚固长度不够 – 钢筋有内折角
3.2 构造钢筋
受压板的拉筋
– 没有设拉筋 – 拉筋设置错误 – 造成底板纵向裂缝 – 严重时底板崩溃
底板分层压溃
底板分层压溃
3.3 施工质量问题、措施不当
预应力施加质量
悬臂施压、成桥拆除
4.2 针对运营阶段的长期问题
施加体外预应力
– 对于新桥
预留体外预应力转向块及张拉位置 成桥时压重,以后慢慢取出
– 对于旧桥
植筋设转向块后,增加体外预应力 效果不好
– 体内预应力的效应无法判断 – 植筋进一步造成混凝土开裂
佛开高速公路汾江大桥
跨中挠度(mm)
-200 1996年12月成桥
图 塔高(h)和索力（S）优化
悬臂施工实现吻合索
4.2 针对运营阶段的长期问题
施加体外预应力
– 对于新桥
预留体外预应力转向块及张拉位置 成桥时压重,以后慢慢取出
– 对于旧桥
植筋设转向块后,增加体外预应力 效果不好
– 体内预应力的效应无法判断 – 植筋进一步造成混凝土开裂
先预压,后取出
– 纵向预应力：摩阻损失
管道不平顺 管道内漏浆
– 竖向预应力：锚口损失
锚具不垂直 锚具与垫板间有杂物
– 横向预应力管道上浮
顶板横桥向裂缝
3.3 施工质量问题、措施不当
预应力灌Biblioteka Baidu质量
– 灌浆不饱满 – 忘记灌浆 – 管道内存在水分,造成预应力钢筋锈蚀
3.3 施工质量问题、措施不当
模板刚度
-150 -100
100m左幅 100m右幅 125m左幅 125m右幅
-50
2001年7月
2001年12月
0
2002年6月
2000年8月
2005年6月
2006年4月
50
100 1996年1月 1998年1月 2000年1月 2002年1月 2004年1月 2006年1月
96～06年挠度变化对比 （以00年8月观测数据为参考点）
4.1针对施工阶段的问题
– 提高预应力施加的可靠性 – 合理配筋 – 科学施工、提高施工精度
4.1针对施工阶段的问题
提高预应力施加的可靠性
– 纵向预应力
塑料波纹管 真空压浆 严格双控
– 竖向预应力
采用带圆头的锚具 二次张拉
– 横向预应力
防止管道上浮,多设几道定位钢筋
4.1针对施工阶段的问题
裂缝
– 施工过程中 – 长期
下挠
– 施工过程中 – 长期
汾江大桥裂缝与下挠图
跨中挠度（mm） 开裂程度
0 (1996成桥)2 0 40 80 120 160
4 桥龄(年) 6
3.9
6.8
4.6 3.7
5.05.6
8
10
0
7.7
1
2 8.5 9.4
3
200
4
240
跨中顶板裂缝 支点腹板裂缝
跨中底板裂缝 左幅挠度
汽车超重
3.1 设计理念
预应力度
– 全预应力 – 变形用预拱度抵消
预应力压力
外荷载拉力 1
– 问题
徐变次内力难以估计
预应力损失难以估计
3.1 设计理念
预应力完全抵消外荷载弯矩
– 好处：梁处于轴心受压状态,只有纵向变形 – 弱点：费材料
小跨径 大跨径？截面上无法布置
3.1 设计理念
5 跨中腹板裂缝 右幅挠度
潭洲大桥(125m)挠度、裂缝相关分析
2.1 施工过程中的病害
裂缝
– 顶板横向、纵向 – 腹板接缝处竖向 – 底板纵向 – 预应力锚头附近 – 底板分层劈裂（事故）
下挠
– 纵向 – 横向
底板分层劈裂事故
2.2 成桥后的病害
裂缝
– 顶板纵向 – 腹板斜向 – 底板横向
合理配筋
– 齿板配筋
保证锚固长度
– 底板配筋
设置一定数量的拉筋 保证弧线内侧的保护层厚度
4.1针对施工阶段的问题
科学施工、提高施工精度
– 接缝安排
竖向,横向,有接缝的位置适当增加防裂钢筋
– 工期安排
混凝土养生时间控制 合拢步骤的安排
– 施工机具操作
挂篮变形控制——锚杆的紧固 模板变形控制
1 PC连续梁（刚构）桥的发展
中国
– 1982年 重庆长江大桥 178米 最大T型刚构 – 1985年 沙洋汉江桥111米 连续梁首次过百 – 1988年 洛溪桥180米,第一座连续刚构 – 1997年 虎门大桥辅航道桥270米 世界纪录 – 2006年 石板坡复线 340米
2 PC连续梁桥常见病害
4.2 针对运营阶段的长期问题
限制荷载
– 设置称重系统,计重收费 – 全国已经有多个省实行
4.2 针对运营阶段的长期问题
减轻桥梁重量
– 减小跨中梁高
跨中梁高：主跨的1/80
– 跨中使用轻质材料
轻质混凝土
– Stolma Bridge和RaftSundet Bridge
跨中段采用钢梁
– 石板坡复线桥
4.2 针对运营阶段的长期问题
提高预应力度、改变徐变次内力
– 零弯矩配索、减小上下缘压应力差配索
问题,跨度超过200米几乎无法体内实现 体内,体外预应力同时？ 体外什么时间施加？
– 吻合索配索
一次落架连续梁,有徐变,无次内力 悬臂施工实现吻合索
悬臂施工实现吻合索
m h(m)
ht (t)