预应力混凝土先简支后连续箱梁设计中存在的缺陷

摘要: 本文主要通过对预应力混凝土先简支后连续箱梁后期病害的分析和研究，提出了预应力混凝土先简支后连续箱梁在设计中本身存在缺陷的观点，最后提出了一些消除类似病害的措施和方法。

关键词: 预应力 简支连续箱梁 设计 缺陷

中图分类号：TU528.571文献标识码： A 文章编号：

作为一种成熟的桥梁类型，预应力混凝土先简支后连续箱梁，由于施工工艺成熟，可进行工厂化预制，上下部同时开工，可以有效缩短施工工期，能够适应各种地形地质条件，目前被广泛地得到了应用。但最近几年，这种桥型也暴露出了诸多问题，典型的如支座脱空、受力不均匀致使支座使用寿命大大缩短等。

下面结合在预应力混凝土先简支后连续箱梁结构验算中发现的一些设计上的缺陷谈谈自己的看法。

本次验算采用桥梁博士3.03程序软件进行建模仿真计算分析。分别对3*30、4*30、5*30米预应力混凝土先简支后连续箱梁进行了对比计算。计算模型如下：

3*30米箱梁计算模型图

4*30米箱梁计算模型图

5*30米箱梁计算模型图

考虑到实际施工过程中容易出现的支座脱空、受力不均匀而导致的支座破坏的现象，建模时在处理支座约束时将所有支座均设置为竖向约束为单向约束，即允许结构发生向上的位移变形。通过计算确定各墩顶支座在各施工阶段的受力均匀情况以及结构是否会发生向上的位移从而造成支座脱空。

根据施工方案，将预应力混凝土先简支后连续箱梁的施工过程划分为四个施工阶段。阶段一：箱梁预制及安装；阶段二：现浇梁端湿接头及梁间湿接缝形成整体结构；阶段三：张拉墩顶负弯矩预应力钢束，完成简支变连续；阶段四：桥面系施工，计算中将桥面系简化为均布荷载，未考虑其参与共同受力。本次计算未考虑混凝土收缩和徐变的影响。计算中以中梁为例，其中预制梁部分在第一阶段参与受力，现浇湿接缝部分在第二阶段参与结构整体受力。以下分别给出各不同跨径墩顶支座的受力分析数据和竖向位移数据。

1、3*30米预应力混凝土简支变连续箱梁结构计算数据：

注：表中竖向位移以向上为正，支座反力以受压为正，支座编号见计算模型图。

分析以上计算数据可以发现：

在第一阶段：各种连续结构中箱梁为简支梁结构，各墩顶支座受力均匀；

在第二阶段：各种连续结构中墩顶现浇湿接缝和湿接头施工完成后，体系转换为连续梁，变为超静定结构，但墩顶负弯矩束尚未张拉，仅靠普通钢筋和混凝土来形成连续。墩顶支座反力开始出现不均匀现象；

在第三阶段：各种连续结构中张拉墩顶负弯矩束后，体系转换成连续梁。边墩（不含桥端伸缩缝所在桥墩）顶两排支座，靠近边跨侧支座受力急剧增大，而靠近次边跨侧支座受力急剧减小, 墩顶支座反力极不平衡。其余各墩顶支座受力均匀；

在第四阶段：各种连续结构中桥面系施工完成后，边墩顶支座受力不平衡的状态更加加重，靠近次边跨侧支座已经几乎不受力，边墩顶的全部反力全部由边跨侧支座承担。次边跨侧支座顶箱梁截面开始出现竖直向上的挠度变化，即次边跨侧支座已经与梁底脱空。其余各墩受力仍然均匀。

由此可见，最近几年，预应力混凝土先简支后连续箱梁中出现的如支座脱空、受力不均匀致使支座使用寿命大大缩短等现象绝不是偶然的。主要是由于体系转换后边墩的支座受力极不平衡，次边跨侧支座出现脱空，致使全部支座反力全部由边跨侧支座承担，从而使边跨侧支座由于受力过大而破坏。其余各中墩受力变化仍均匀。

为此在预应力混凝土先简支后连续箱梁的设计中应根据这一受力变化情况，在边墩顶采用：先设置临时支座将箱梁安装，再在施工箱梁间湿接缝和湿接头现浇混凝土时，在边墩顶设置承载能力更大的永久性单排支座；然后张拉墩顶负弯矩束，同时将临时支座拆除，在边墩顶形成单点支撑（需提前在盖梁和湿接头中预埋支座垫板），完成简支变连续；最后进行桥面系施工。对于已经施工完成的预应力混凝土先简支后连续箱梁，应在全桥桥面系施工完成后用千斤顶将边墩顶所有箱梁整体同步顶升起来，对原有支座进行更换。但更换时应采取措施使更换后的支座均匀受力。建议在原有支座垫石顶铺设一定厚度的高标号干硬性砂浆以确保各支座同时受力。

除过上述由于设计中存在的缺陷导致的边墩顶支座受力不均所形成的支座脱空和破坏以外，还有很多是由于箱梁安装过程中对支座安装重视不够所造成的支座病害，例如中墩顶支座的脱空和破坏。其主要的原因在于箱梁在预制张拉时所引起的箱梁一定程度扭曲或箱梁预制底座不完全平整所导致的支座所在位置箱梁底面不在同一平面上，而安装时又没有及时采取有力措施进行调整导致箱梁出现三条腿等现象，从而出现支座受力不平衡。对于这种由于施工中造成的不精细所致的支座病害只能通过改进施工工艺和加强施工管理来消除了。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。