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1、序序 言言20 世纪90 年代以来，预应力砼连续梁桥和连续刚构桥在我国发展迅速，形势喜人。据不完全统计，目前我国已建成和在建跨径在200m 以上的连续刚构桥近20 余座，跨径在100m200m 之间的连续梁桥和刚构桥100 余座。表1 所列的世界L240m 的特大跨径连续梁桥中，中国占有了很大的比例。因此认真总结这些工程实践的经验，针对目前大跨梁桥普遍存在的“腹板开裂”、 “跨中下挠”和“非荷载裂缝增长”等质量问题进行深入的研究，力求从源头上寻找相关问题的有效解决方法是当务之急。本文以苏通长江大桥268m 辅航道桥为例，从分析大跨梁桥施工过程中初始状态对砼徐变的影响出发，提出“两个图式的恒载零
2、弯矩”、 “临时斜拉索合拢”和“合拢后箱梁预压重”等新的措施替代无效的“挠度预抬高法”。希望引起同行们的争鸣。11 桥面线形控制的新要求桥面线形控制的新要求(一)问题的提出1、 历史的回顾： 自1995 年建成1060m 一联、主跨245m 的黄石长江大桥以来，国内很多大跨径梁桥在预计通车三年后（1000 天），跨中仍然出现持续下挠的现象。如表1 中所示14桥跨中下挠已达32cm，3桥跨中下挠已达20cm。据不完全统计分析，徐变下挠的年平均速率（f）与跨径L 有关，如：L100160m f=0.51（cm/年）L100220m f=12（cm/年）L220270m f=23（cm/年）应当指出
3、，全国大跨径梁桥普遍出现持续下挠而且时间长达十年仍未稳定的严峻事实，值得中国桥梁工程师的认真反思。在设计规范关于砼收缩徐变对下挠的影响程度及其长期性的估计严重不足而尚未修改的情况下，在特大跨径中仍继续沿用“挠度预抬高法”是到了该终止的时候。2表 1 世界预应力砼连续刚构桥(L240m)一览表梁高(m)高跨比梁板厚 序号桥名国家建成年跨径边跨主跨桥宽顶/底截面 根部 跨中 根部跨中 顶板底板腹板备注1斯托马桥挪威199894+301+720.31 9/7单室箱153.5 1/20.11/86271032545主跨中部 182m 用轻质砼；边跨梁内填砾石2拉夫特桑德特大桥挪威199886+202+
4、298+1250.4210.3/7单室箱14.53.5 1/20.6 1/85.1261203055桥在 R3000m 平曲线上，中部 224m 轻质砼，边跨压重3虎门大桥辅航道桥中国1997150+270+1500.556 15/7双单室箱 14.851/18.21/542532130 4060桥在 R=7000m 平曲线上，C55 砼4苏通长江大桥中国2006140+268+1400.522 16.5/7.5双单室箱154.5 1/17.9 1/59.53232170 45100 (在建)跨中设体外索5云南元江大桥中国200358+182+265+194+700.69 22.5/11.5单
5、室箱14.551/18.31/532832150 4060 桥高 163m6门道桥澳大利亚1985145+260+1450.56 22/12单室箱15.75.2 1/16.61/502530180 6575 边跨悬出与引桥相连7宁德下白石大桥中国2003145+2260+1450.558 12/6双单室箱144.2 1/18.6 1/61.92530140 4070 梁底用 1.6 次抛物线8泸州长江二桥中国2002150+252+550.595 25/13单室箱1441/18.01/63边跨重力式锚碇桥台，C60砼9Schottwien 桥奥地利1989250四跨连续刚构10Doutor 河
6、桥葡萄牙1991250单室箱1271/20.8 /135.7双线铁路11重庆黄花园大桥中国1999137+3250+1370.548 15/7双单室箱 13.84.3 1/18.1 1/58.12528150 4070 连续长度 1024m12马鞍石嘉陵江大桥中国2001146+3250+1460.584 11.5/5.5双单室箱 13.74.2 1/18.2 1/59.52532150 4060 双幅，连续长度 1042m13宜水路金沙江大桥中国2005140+249+1400.5624.5/单室箱154.2 1/16.6 1/59.3（在建） ，C65 砼14黄石长江大桥中国1995162
7、.5+3245+162.50.66319.6/10单室箱134.1 1/18.8 1/59.82532135 5080 连续长度 1060m，C55 砼15江津长江大桥中国1997140+240+1400.583 22/11.5单室箱13.541/17.81/602532120 5080 C50 砼16重庆高家花园嘉陵江大桥中国1997140+240+1400.583 13/8双单室箱 13.63.6 1/17.6 1/66.72532120 4060 17重庆龙溪河大桥中国1999140+240+1400.583 11.5/5.5双单室箱 13.63.6 1/17.6 1/66.725321
8、20 4060 18贵州六广河大桥中国2002145+240+1450.604 13/7双单室箱 13.44.1 1/17.9 1/58.52830160 40100 桥墩高 73m 和 90m32、 苏通大桥辅桥连续刚构的特点： 对于跨中设在双坡竖曲线范围内的大跨连续梁桥，其跨中下挠只相当于增大竖曲线的半径R 而已，在外观上不会出现突变。但苏通大桥辅航道桥处于1.5的单坡上，如果跨中在建造时产生过大的抬高、运营后又发生过大的下挠，两者都将破坏全桥线型的平顺，影响高速行车的舒适性。 因此苏通大桥建设指挥部对268m 连续刚构辅桥跨中将发生长期挠度的问题特别重视，列出专题进行科研。希望通过广纳不
9、同意见，推动科技进步力求使跨中长期下挠的历史在苏通大桥268m 桥跨不再重显。(二)苏通大桥268m 连续刚构桥（如如图图1 1）1、 上部结构：在建的苏（州）（南）通长江大桥全长8146m。南岸常熟港专用航道采用（140m+268m+140m548m）预应力连续刚构桥型。纵向为单向1.5单坡的双幅宽16.5m 的单箱单室梁 （箱梁高度为4.5m15m）。主梁顶板设置1231 根j15.24 钢铰线，有平弯后直接锚固在腹板顶部（悬臂索）和锚固在腹板底部（下弯索）两种型式。跨中底板设置30 根31j15.24钢铰线做合拢索。上部砼27，211m3（1.5m3/m2），预应力高强钢计2，792t（
10、指标155Kg/m2）。普通钢筋计4，442t（指标246Kg/m2）。2、 主墩：主墩为双肢空心截面墩身。墩身中心距离9.5m，墩高3539m。空心墩身外形为7.5m2.5m。基础为42 根115m 长（2.8m2.5m）变截面钻孔灌注桩。承台尺寸为49.6m33.2m8m。桥墩中心在水流方向距桥轴线8.7m。3、 边墩：边墩采用分离式基础，承台平面尺寸（14m14m4m）。基础为9 根1.8m 钻孔灌注桩，桩长110m。桥墩平面尺寸（4.9m7.5m）。(三)控制砼收缩徐变的设计对策（文献 1）1 将跨中部分箱梁高度由4m 增加至4.5m（约增加0.6Mpa 应力储备）。42 增加跨中底板
11、预应力索数。安排三对体内索在施工结束后12 年后55进行张拉。3 箱梁内设置6 根25j15.24 钢铰线（共28t）做体外备用索。4 调整顶板预应力，使连续梁的上、下缘恒载应力相差不大，以减少转角。5 提高砼加载龄期，增大砼E 值。即要求纵向预应力张拉时间不少于7 天。6 增大砼含筋率至2（164Kg/m3），减少砼的收缩影响。(四)减少砼收缩徐变的施工措施（文献 2）1 做好60高性能砼的原材料检测和配合比设计，加强施工控制和砼养护作业。2 专题进行砼不同龄期（7、28、90 天）自由收缩和徐变值试验，并测定相应的弹性模量E，以取得较符合实际情况的徐变系数。3 对主梁和桥墩布置测点，对外形
12、变化进行24 小时连续测量，找到不同季节中大气温度对桥梁线形的影响规律。4 选择长、短索各三根，进行预应力孔道的摩阻试验（测定主、被动端荷载传感器的差值），校正施工中预应力损失的计算。5 成立施工监控检测小组。对268m 连续刚构主梁施工过程中的结构内力、变形进行有效检测、分析、计算和预测，为施工提供工程控制信息（立模标高、预应力张拉顺序和吨位），以保证施工安全并最终达到设计成桥状态。总之，苏通大桥设计单位（中交公路规划设计院）和施工单位（中铁大桥局）所提出减少砼收缩徐变影响的一系列措施都是合理可行的。为了从源头上搞清大跨梁桥合拢后“持续下挠”问题，本文将从连续梁成桥的施工初始状态时的力学图式
13、入手，提出减少跨中长期下挠的一些新构思。622 挠度预抬高法存在问题挠度预抬高法存在问题(一)设计基本结构图式：1、弯矩包络图： 通常设计所选基本结构是桥梁最终状态运营状态的连续梁图式 （如图2A）。先假定在支架上浇筑箱梁的工艺（一次落架）计算连续梁恒载弯矩Mg，再考虑各种最不利荷载的组合， （恒载+活载+温度+砼收缩徐变+支座位移+）M 的弯矩包络图。预应力设计的原则是依据包络图按梁体截面内不出现拉应力并预留一定的压应力储备来配索。在通常的设计理念中，对恒载（长期持续荷载）和变化荷载（活载及附加力）是相同对待的。实际上在大跨梁桥工程中恒载是主要矛盾，其弯矩Mg 占到总弯矩M 的80以上，更是
14、砼徐变的主要方面。由于预应力不是全部针对恒载而设置，因此在恒载状态中就必然存在弯矩（即梁体内有相应的转角） ，所以恒载出现下挠也就是不可避免的。 要使恒载M0 就必须将预应力仅仅对恒载而特别设计。2、两种图式： 大跨梁桥最常用采用双悬臂方法进行施工，如图2-B所示，其根部悬臂弯矩M0等于简支梁M0=gl2/8。相当于一次落架连续梁支座弯矩MK和跨中弯矩MS两者之和（M0MK+MS）。由于常规设计所考虑运营状态M 包络图配索常小于在双悬臂施工时悬臂梁弯矩MO，两者之差Me 所形成的转角必然在梁体发生较大的施工下挠0。对于苏通大桥268m 而言，02030cm 之巨。3、桥梁工程控制： 的题目就来
15、自设计所选的运营时结构图式（连续梁）与施工中实际所发生的图式（双悬臂）不一致。工程控制的任务是解决两种图式的矛盾，以保证合拢时的设计标高和梁的强度安全。由于出发点不同，工程控制有两种不同的方法：a.以运营图式（连续梁）为标准 ，要求施工服从运营。用倒拆法反算施工各阶段的内力，以“挠度预抬高”法来满足合拢时设计线型的要求。这种方法是一种被动的行为，计算十分复杂，一般施工单位都难以掌握。合拢前挠度较好掌握而合拢后挠度常常失控。78b.以施工顺序为准。 设计上缘预应力先满足恒载双悬臂施工不产生挠度的要求（M0）。合拢后再施加下缘预应力来满足连续梁恒载零弯矩Mg0 的要求。由于保证了两种状态的恒载弯矩
16、M 都为零，所以恒载时各截面上下缘应力基本均匀（截面无转角），那么就不产生挠度，也就不需要预抬高。从而梁体的预制、安装的标高的都一致，极大地简化了工程控制，深受施工单位的欢迎。这种方法抓住了主要矛盾恒载，使十分复杂的问题得到简化，而且是一种主动的力学行为，能够有效地控制合拢后的长期下挠。（二）合拢后砼徐变下挠：1、砼徐变：砼徐变是指持续荷载（恒载）作用下，砼体内水泥胶体孔隙中游离水慢慢地通过毛细管被挤出并蒸发，使得结构整体产生尺寸缩小的应变过程。砼徐变的方向与结构的初始状态有关，如图2C 所示。如果连续梁自重荷载g 就存在正（负）弯矩Mg。因此在若干年后所发生的砼徐变也必然沿着施工中初始状态所留有的转角方向发生应变，即产生徐变挠度。如果有意识使预应力弯矩MT与恒载Mg相反，使连续梁各个截面的恒载弯矩（MiMg+MT0）为零；截
