连续刚构梁桥主要病害原因分析

自1988年主跨188 m的大跨连续刚构洛溪桥建成以来，20年间我国修建了大量的连续刚构梁桥，成为180 m～300 in跨径中最有竞争力的桥型。然而修建的连续刚构梁桥在施工和运营过程中出现了一些较为常见的病害：跨中下挠过大和腹板出现斜裂缝，箱梁底板顶板出现纵向裂缝等。通过对现有桥梁的病害分析，不仅能对以后的设计提供借鉴，对施工中应注意的问题提早警觉和预防，而且可以为桥梁的维修提供依据。引起连续刚构桥的病害是多重因素引起的，包括材料方面的原因和设计方面、施工方面的原因。

　　1、材料方面的原因

　　近年来，使用了高效减水剂、水灰比低于0．3并且掺入了硅粉或者粉煤灰等超细矿物掺合料的混凝土即高性能混凝土应用于连续刚构桥。高性能混凝土早期有高弹性模量和强度，而且实验室试件具有优良的抗渗透性能，因此得到了广泛应用。高性能混凝土运用在桥梁上已经在国际上引起巨大的争议。实际调查表明，使用这种混凝土的桥梁往往在箱梁顶板会出现沿桥梁纵向间隔1 m～3 m的横向温度裂缝。顶板裂缝使混凝土受到腐蚀而加速劣化，预应力钢筋受到腐蚀，造成不利影响，优良的抗渗透性能更无从谈起。这证明实验室的数据用于实际工程中并不可靠。因为混凝土的开裂与结构物的体积大小、养护历史和周边环境有着密切的联系。实验室试件一般体积很小，而且边界条件不受约束，不受冷热、干湿、冻融的循环作用，而且现在实验室所做的试验重点只集中在试件的7 d，28 d或者90 d的强度，收缩徐变性质的研究，而对高性能混凝土更长时间如1年，5年，1O年或者更长时间的性质，如强度，收缩徐变和大体积混凝土的抗裂性能缺乏研究。良好的养护对形成混凝土强度和耐久性是非常重要的，工地不具备像实验室那样恒温恒湿的养护条件，同样配合比的混凝土在工地的养护条件下和在实验室的养护条件下表现出来的性质可能有巨大的差别。

　　2、设计理论及计算方法的原因

　　2．1 平面的分析方法

　　早期设计的桥梁由于计算手段有限，采用的都是平面理论的分析方法。通过二维平面计算认为，通过控制纵向和竖向的预应力，整个箱梁的应力都可以得到控制。基于以上理沦，从洛溪桥开始很长一段时间内，在箱梁桥的设计中一般都取消了下弯索。得益于空间有限元的发展，发现仅从二维来分析主拉应力，被忽略的应力有箱梁腹板在自重、活载、温度荷载、张拉横向预应力、张拉纵向预应力引起的径向力等荷载的作用。若计入这些影响因素，主拉应力值将会有比较大的增长。这是腹板出现斜裂缝的主要原因之一。因此，仅从平面分析是远远不够的。空间有限元的发展为设计者了解应力空问分布提供了强有力的工具。

　　2．2 预应力损失

　　规范规定的预应力损失影响因素包括：预应力钢筋与管道壁之间的摩擦；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩；昆凝土的弹性压缩预应力钢筋的应力松弛；混凝土的收缩徐变。实际结构中引起预应力损失的原因更加复杂，比如钢筋锈蚀，虽然没有计算进去，但在灌浆不密实、浆体泌水性过大情况下却可能是预应力损失的主要原因。竖向预应力筋长度较小，这使得在预应力张拉的过程中延伸量不易控制，而且较小的锚固变形就可以引起很大的损失，锚固损失对于竖向预应力筋是很重要的。根据同类型的桥梁调研资料表明，竖向预应力损失值与规范值相差很大。竖向有效预应力得不到保证造成箱梁抗剪能力不足，这是箱梁出现主拉应力斜裂缝的主要原因之一。顶板束预应力和跨中底板合龙束预应力的损失对跨中短期和长期挠度均有较大的影响，其中顶板束预应力大小对跨中挠度的影响更大。顶板预应力的损失是连续刚构跨中持续下挠的一个重要因素。

　　2．3 收缩徐变

　　收缩徐变的参数选定对计算值有较大影响。文献[5]对以下三种收缩徐变的计算方法做了比较：CEP-FIP，美国AASHTO规范，混合理论。诸多文献经计算认为在大跨度梁桥中，混合理论的计算值比其他两个值大，可取混合理论计算结果。混合理论中参数值的选取对计算值影响较大。

　　3、施工方面的原因

　　在实现精细施工的道路上我们还有很长的路要走。单方面实现技术员队伍水平的提高并不能实现施工质量的提高，因为每道工序的具体实施者是工人。每个施工单位都应保证有一支员稳定，经验丰富的工人队伍。要有具体的体制来保证工人队伍的建设。实现工人队伍素质的提高需要时间。实现连续刚构桥的病害防治，设计和施工两个方面缺一不可，相辅相成。

　　预应力管道压浆应该饱满，不留有空隙或浆体离析的现象。浆体离析，泌水性大，导致预应力索易腐蚀及有效预应力的不足。预应力管道的定位筋很重要，其刚度要在混凝土的浇筑过程中经得住混凝土倾倒力的冲击和振捣力不变形，能保证预应力筋位置的精度要求。定位筋和防崩钢筋应在施工时加以强调。在公路工程质量检验评定标准规定的后张法检查的实测项目中，只规定了管道的检查项目而没有规定定位筋的检查项目。鉴于定位筋的重要性，建议增加定位筋的检查项目，确保预应力管道布置的位置精度要能满足规范要求。由文献计算得出混凝土超方，使得结构恒载增大，这不仅削弱了结构承受荷载的能力，而且可引起桥梁跨中下挠量的显著增加，因此施工时应严格控制混凝土超方。

　　4、结语

　　从以上的论述中可以看出，现有连续刚构桥梁的病害原因是多种因素作用导致的，包括了设计理论，设计方法，施工工艺和质量，混凝土材料性能等诸多方面的因素。这就决定了要解决好连续刚构梁桥的病害，需要从多方面人手：严格把关混凝土的质量，通过空问有限元可实现设计更加精细和仿真，选用先进的预应力施工工艺，更加重视构造钢筋的作用，严格执行施工规范。同时，应该更加深入的调查现有桥梁的病害情况，如已经出现病害的桥梁现存有效预应力的测量，记载桥梁病害发展的详细过程。