大跨PC连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究.doc

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1、分类号 U448 单位代码 10618 密 级 学 号 106260125 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目：大跨 PC 连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究 Analysis the Reasons and Control Measures of Cracks of Long-span PC Continuous Rigid-frame Bridge 研究生姓名： 贺华刚 导师姓名、职称： 钟明全 教授级高工 申请学位门类： 工学 专 业 名 称： 桥梁与隧道工程 论文答辩日期： 2009 年 4 月 17 日 学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学 答辩委员会主席： 周志祥 评

2、阅人： 周志祥 吴海军 2009 年 4 月 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论

3、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库 ，并进行信息服务（包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等） ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社 CNKI 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论

4、文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘 要 近三十年来，预应力混凝土连续刚构在大跨度桥梁中得到了广泛的应用，但 绝大多数预应力混凝土连续刚构在施工和运营过程中出现了相当数量的病害。本 文针对大跨径连预应力混凝土续刚构桥梁已出现的一些病害，从材料、设计、施 工等方面总结和探讨产生这些病害产生的原因，提出一些连续刚构病害的预防措 施。本文主要开展了如下研究工作： 1.在查阅大量文献的基础上，总结归纳了连续刚构桥的一些主要病害。 2.从材料方面探讨连续刚构箱梁非结构性裂缝的控制。高强混凝土目前存在 两大主要缺陷自收缩及脆性，自收缩以及目前水泥朝高 C3S、C3A、高

5、比表面 积发展的趋势促进了早期裂缝的产生；脆性则加剧了裂缝在后期荷载作用下的发 展与增长，而部分地区粗骨料强度不能很好地满足要求，又进一步增加了混凝土 的脆性。聚丙烯纤维的掺入能很好地控制高强混凝土的早期裂缝并降低其脆性。 3.采用大型通用有限元程序 ANSYS，通过建立变截面连续刚构主跨跨中区段 的局部模型，分析比较了底板预应力荷载产生的径向力作用下，变截面连续刚构 箱梁底板横肋对底板横向拉应力的影响。 4.以水土嘉陵江特大桥为例，采用交通部公路所 BridgeKF 分析系统，建立 连续刚构全桥实体单元空间模型，分析箱梁在竖向温差和箱内外温差作用下的空 间效应。结果表明：箱梁在温差作用下的空

6、间效应显著，其腹板内外侧主拉应力 差异明显，是连续刚构腹板内侧裂缝多于外侧的原因之一；同时温差作用对连续 刚构合拢段底板横向拉应力也有较大影响，连续刚构底板二期钢束张拉时，恰当 的箱内外温差能有效地减少合拢段底板横向拉应力，对预防合拢段底板病害有积 极作用。 关键词：连续刚构桥；病害；温差效应；空间分析；底板横肋 ABSTRACT Long-span PC continuous rigid-frame bridges have been widely applied during the near thirty years. however, many long-span PC continu

7、ous rigid-frame bridges found a lot number of diseases during the construction and using time. In order to solve these diseases of long-span PC continuous rigid-frame bridges, this article explored the reasons of these diseases, ranging from materials, design, construction etc.Then used the finite e

8、lement method to analysis the reasons,and give preventive measures to the diseases of long-span PC continuous rigid-frame bridges. In this paper, the main research work are carried out as follows： 1. based on the Substantial literature we found, Summed up the main diseases of continuous rigid frame-

9、bridge; 2. Explore the iMPact of characteristics of cement, coarse aggregate strength on concrete durability,and also the improvement of polypropylene fiber to concrete performance.Give some advice to prevent non-structural cracks in concrete. 3. Establishment an local model of a variable cross-sect

10、ions continuous rigid frame by using the large general-purpose finite element programANSYS.CoMParison the iMPact on horizontal tensile stress of cross rib on the bottom of the variable cross- section on the load of the radial force which generated during tenson the prestressed reinforcement on the b

11、ottom of the variable cross-section. 4.Set up spatial finite element model of the Shui-tu bridge by using the BridgeKF, analyse the spatial effects of the box in the vertical temperature difference and temperature difference between inside and outside of the box. the Box has obvious spatial effect a

12、t the Temperature.The spatial effectt of box is Obvious under the temperature difference.the tensile stress on the outside and inside web is obviously fifferent,this is the reason that the inside cracks more than the outside. continuous rigid frame webs are cracks in the inside than the outside one

13、of the reasons.In the same time, The iMPact of temperature gradient play an important role of horizontal tensile stress on the continuous rigid-frame close segment floor. During tenson the second Prestressed reinforcement on the floor of the close segment box. appropriate temperature difference betw

14、een inside and outside of the box can reduce the horizontal tensile stress on bottom effectively,it have a positive role in prevention disease on the bottom of the close segment box. KEY WORDS: continuous rigid-frame bridge; disease; temperature effect; spatial analysis; bottom horizontal rib 目目 录录

15、第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 预应力混凝土梁桥的发展概况1 1.1.1 预应力混凝土刚构桥发展概述.1 1.1.2 预应力混凝土连续刚构桥特点.3 1.2 大跨径预应力混凝土桥梁结构体系与施工技术4 1.2.1 预应力混凝土桥梁结构体系.4 1.2.2 预应力混凝土桥梁施工技术.5 1.2.3 悬臂浇筑法施工.5 1.3 大跨径连续刚构桥病害成因概述.9 1.3.1 设计及理论上的原因.9 1.3.2 施工方面的原因.12 1.3.3 材料方面的原因.13 1.3.4 运营管理方面的原因.15 1.4 本文主要研究工作15 第二章第二章 部分连续刚构的病害实例与成因分析部分连续刚构的病害

16、实例与成因分析.16 2.1 某长江公路大桥.16 2.2 西南某长江公路大桥.17 2.3 东明黄河公路大桥.21 2.3 小结23 第三章第三章 高强混凝土裂缝控制的材料选择高强混凝土裂缝控制的材料选择24 3.1 高强混凝土早期裂缝产生的材料原因.24 3.1.1 低水灰比及超细矿物掺合料引起的自收缩.25 3.1.2 水泥对高强混凝土早期裂缝的影响.25 3.2 高强混凝土脆性与裂缝的开展.29 3.2.1 高强混凝土的断裂能.29 3.2.2 粗骨料强度对高强混凝土断裂能的影响.30 3.3 聚丙烯纤维对混凝土性能的影响.31 3.3.1 聚丙烯纤维在混凝土中的早期阻裂作用.32 3

17、.3.2 聚丙烯纤维对混凝土断裂能的影响.33 3.4 箱梁高强混凝土裂缝控制的材料选择.35 第四章第四章 连续刚构箱梁温差空间效应分析连续刚构箱梁温差空间效应分析37 4.1 工程背景.37 4.2 有限元模型建立.39 4.2.1BridgeKF1.0 程序简介.39 4.2.2 结构离散.42 4.2.3 结构计算参数.43 4.2.4 三向预应力的施加.44 4.2.5 施工阶段信息44 4.2.6 边界条件45 4.2.7 箱梁温差模式选取.45 4.3 箱梁温差对腹板主拉应力的影响.47 4.3.1 箱内外温差对腹板最大主应力的影响.47 4.3.2 箱梁竖向温度梯度对腹板最大主

18、应力影响.54 4.3.3 箱梁腹板内外侧主拉应力比较.56 4.4 箱梁温差对其顶板、底板横向应力的影响.57 4.5 小结.62 第五章第五章 预应力混凝土连续刚构合拢段病害防治预应力混凝土连续刚构合拢段病害防治.64 5.1 预应力混凝土连续刚构合拢段底板常见病害.64 5.2 跨中箱梁底板横肋对其横向受力的影响.67 5.2.2 空间有限元模型.67 5.2.3 有限元分析结果.70 5.3 本章小结.72 第六章第六章 总结总结.73 致致 谢谢 74 参考文献参考文献 75 在学期间发表的论著及参加的科研实践项目在学期间发表的论著及参加的科研实践项目 77 第一章 绪论1 第一章

19、绪论 1.1 预应力混凝土梁桥的发展概况 随着科学技术的进步，工业水平的提高，大力发展交通运输事业，对于发展 国民经济，促进文化交流等方面具有非常重要的作用。在公路建设中，桥梁（特 别是大桥）往往是全线通车的关键。在科学发达的今天，桥梁建筑更是不仅仅单 纯的作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会 之中。 梁式桥由于其构造简单，受力明确，施工简便，是桥梁大家族中应用最早、 使用最广泛的桥型之一。在桥梁发展过程中，混凝土梁式桥占有重要的地位。梁 式桥是以梁作为主要承重结构的桥梁，其受力特性主要为受弯。在竖向荷载作用 下，梁端支点处只产生竖向反力，不产生水平反力。梁一般安

20、放平直，所以古代 相对于拱桥和索桥而言，又称之为平桥。凡是采用抗压性能好的混凝土和抗拉能 力强的钢筋结合在一起而建成的桥梁通称为钢筋混凝土梁桥1 。它主要包括钢筋 混凝土梁桥、部分预应力混凝土梁桥和全预应力混凝土梁桥。 1.1.1 预应力混凝土刚构桥发展概述 现代化施工技术的发展水平是大跨径预应力砼连续刚构桥发展中起主导作用 的因素。 在预应力砼梁式桥体系中，简支梁、悬臂梁和连续梁是三种古老的梁式结构 体系，早为人们所采用。但限于施工水平及材料工艺的发展，其跨越能力受到了 限制。当采用深谷大跨径的桥型方案时，梁体重量过大，不易装配化施工，在此 情况下施工费用昂贵的满堂支架成为影响其发展的一个重

21、要方面。所以驱使人们 去寻求一种新的施工方法来解决造价昂贵的支架问题。 世界上第一座自架设体系的预应力混凝土 T 型刚构桥，是联邦德国于 1953 年建成的沃伦姆斯大桥，主跨为 l14.2m 带铰 T 型刚构。由于施工中采用了悬臂 施工的新工艺，其最大优点是施工时可不设支架，对于跨越深水、深谷、大河、 急流的大跨度桥梁，施工十分有利，可大大缩短工期和降低造价。使得 T 型刚构 桥这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一，为混凝土梁桥向跨度长 大化、施工机械化、装配化等方面的发展开辟了新的途径。预应力混凝土 T 形刚 构桥克服了用普通钢筋混凝土修建的 T 型刚构桥结构性能和施工工艺的弱点，

22、因 而在实践中广泛采用。 预应力 T 型刚构桥的发展一般可分作两个阶段2，即早期(包括上世纪五十年 代初至六十年代中)与现代(包括上世纪七十年代以来)。早期有代表性的桥梁是 西德的科布沦茨桥、莫塞尔桥，英国的麦德威桥和西德的本道夫桥等。现代有代 第一章 绪论2 表性的桥梁日本的滨名大桥、浦户大桥等。在施工方法上，预应力 T 型刚构桥多 采用悬臂浇筑法施工，用两套挂篮分段浇筑，从墩顶向两侧平行推进，墩顶段采 用现浇。后来发展到悬臂拼装，或部分预制部分现浇。目前，在世界各地预应力 T 型刚构桥的施工中仍旧采用以上方法。 二十世纪五十年代初期建造的预应力 T 型刚构桥，从结构形式看，其中大多 数是多

23、跨的且在跨中设有铰。铰的作用是用以传递剪力和保证梁的自由伸缩，从 理论的力学图式看比较简单，无论在静载还是预应力作用下，结构都保持静定状 态，唯有在活载作用下，结构才呈现超静定状态3。由于铰的设置，这类结构使 造价提高，构造变得复杂，也给施工带来不便。从结构受力看，在混凝土差异徐 变和日照温差影响下，铰内会产生剪力，梁内也会引起相应的附加内力，结构受 力不利。从使用性能看，由于铰的设置，使路面在铰接处断开，当预拱度设置稍 有不当时，桥上纵坡会因此呈折线变形，更由于多跨的缘故使桥梁纵断面呈波浪 形，对外观与使用均带来不利影响，甚至造成结构物不能继续使用。 上世纪五十年代末期，这类跨中带铰的预应力

24、 T 型刚构逐渐减少，而跨中带 挂梁的预应力 T 型刚构则逐渐增多。以梁换铰后，避免了铰接 T 构的许多缺点， 而且使恒载弯矩降低。尤为重要的是大大缓和了由于预拱度设置不当带来的桥上 纵坡折线形变化，同时悬臂减短也相应地减少了徐变挠度。但是带挂梁的 T 型刚 构的缺点是需要增加一套架梁设备。 上世纪六十年代末期，预应力 T 型刚构桥在结构形式方面发生了一些变化， 除了主孔仍旧在跨中设铰或设挂梁外，边孔大多布置成连续的或部分连续的形式， 主孔成为单跨的 T 型刚构，发生这类变化的原因与跨度的增大有关。随着跨度的 不断增大，早期的预应力 T 型刚构桥，活载挠度将明显地增加，这会给使用带来 不利。为

25、了克服上述的缺点，将边孔做成连续的形式，用以减少主孔跨中挠度值， 以满足使用上的要求。同时将桥的纵断面布置成弓背式，将纵坡的顶点设在主孔 中间铰处，这样即使徐变挠度超出预计值也不会影响使用。20 世纪 70 年代起， 美国建造了较多无支架悬臂施工的预应力混凝土 T 型刚构桥，如 1972 年建成的 多美尼加 RioHiguamo 桥，主跨 190m，柯罗巴拜尔皂帕桥，主跨 240.8m。 上世纪八十年代以后，特别是上世纪九十年代以来，随着高速公路交通的迅 速发展，要求行车平顺舒适，连续梁桥得到了迅速的发展。连续梁桥除两端以外 无其他伸缩缝，有利于行车，但施工中需要梁墩临时固结和进行体系转换，同

26、时 需设置大吨位的盆式橡胶支座，增加了费用及养护工作量。于是预应力混凝土连 续刚构桥应运而生，近年来得到较快的发展。目前，国外跨度最大的预应力混凝 土连续刚构桥是挪威的斯托尔玛(Stolmasund)桥，主跨跨径达 301m，该桥采用了 轻质混凝土。我国于 1988 年建成第一座大跨度预应力混凝土连续刚构广东 第一章 绪论3 洛溪大桥(主跨 180m)后，二十年来在全国范围内得以广泛建造，相继建成了多座 大跨度预应力混凝土连续刚构，目前国内跨径最大的预应力混凝土连续刚构桥是 1997 年在广东建成的虎门大桥辅航道桥，最大跨径 270m。国内外一些大跨径的 连续刚构桥，详见表 1.1 表 11

27、国内已建成的大跨连续刚构 Table1.1 long span rigid frame continuous bridge in China 序号桥梁名称国家跨径建成年 1 门道（Gateway）桥澳大利亚 145+260+1451985 2 Schottwien 桥奥地利 2501989 3 Doutor 桥葡萄牙 2501990 4 Skye 桥英国 2501995 5 广东虎门大桥辅航道桥中国 150+270+1501997 6 苏通长江大桥辅航道桥中国 140+268+1402008 7 云南元江大桥中国 58+182+265+194+702002 8 福建宁德下白石大桥中国 145+

28、2260+1452003 9 四川泸州长江二桥中国 145+252+54.82000 10 重庆马鞍石嘉陵江大桥中国 146+3250+1462002 11 重庆黄花园嘉陵江大桥中国 137.16+3250+137.161999 注：本表中不包括轻质混凝土桥及钢混凝土混合梁桥，这类桥跨径可进一步增加，如 挪威的 Stolma 桥（轻质混凝土桥，主跨 301m） ，重庆长江大桥复线桥（钢混凝土混合梁桥， 主跨 330m） 1.1.2 预应力混凝土连续刚构桥特点 连续刚构桥的特点是：跨越能力大，受力合理，结构整体性能好，抗震能力 强，抗扭潜力大，造型简单，维护方便。主梁连续、梁墩固结，既保持了连续

29、梁 无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了 T 型刚构桥不设支座、施工时不需临时固 结的优点，便于悬臂施工，且具有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能很 好地满足较大跨径桥梁的受力要求。另外，双薄壁墩的柔性对桥梁承受温度变形、 减小墩身材料、削减墩顶负弯矩及增加施工稳定性都有一定的益处。跨径在 200300m 范围内，连续梁桥在跨越能力方面（目前国内外跨径超过 200m 的连续 梁寥寥无几） 、拱桥在施工简易方面以及斜拉桥和吊桥在经济指标方面都明显不 第一章 绪论4 如连续刚构桥4。因此，尽管其起步较晚，但近二十年来却得到了较大发展。 随着高强预应力钢材、高强混凝土、大吨位张拉锚固体系的应用与发

30、展，设 计手段的计算机化以及施工水平的提高，我国大跨度预应力混凝土连续刚构桥得 到了较大发展。大跨度预应力混凝土连续刚构桥由于其具有大跨、高墩的能力， 且施工中省料、省工、省时。近年来，在大跨径的梁式桥中，这种桥型受到普遍 重视。我国先后修建了洛溪大桥(主跨 180m)、黄石长江公路大桥(主跨 245m)、虎 门大桥辅航道桥(主跨 270m)、南昆铁路清水河大桥(单线主跨 128m)、等大跨度连 续刚构桥。 1.2 大跨径预应力混凝土桥梁结构体系与施工技术 1.2.1 预应力混凝土桥梁结构体系 随着科学技术的进步，施工机具、设备和建筑材料的发展，桥梁施工技术不 断改进、提高而逐步发展和丰富起来

31、。预应力混凝土桥梁运用于大跨径是主要采 用了连续梁、T 形刚构、连续刚构等结构体系。20 世纪 60 年代中，我国首次采 用了先进的悬臂施工方法，建成了国内第一座 T 形刚构桥，为我国修建大跨径预 应力混凝土桥梁提供了成功的经验，开拓了发展前景。迄今为止已修建了 20 多 座大中跨径的预应力砼 T 形刚构桥，1971 年建成的福建省乌龙江公路大桥，主孔 跨径为 3144m；1980 年建成的重庆长江公路大桥，共 8 孔，总长 1000m，最大 跨径 174m。 20 世纪 70 年代以后，在桥梁建设上，各种体系的预应力混凝土桥获得了迅 猛的发展。各国运用最多的预应力混凝土连续梁桥在国内开始兴起

32、。近 30 年来， 修建了大量的连续梁桥，掌握了各种先进的施工方法与技术，如顶推法、移动模 架法、逐跨架设法等。并在国外承建了不少大跨的连续梁桥。进入 20 世纪 80 年 代，悬臂法施工的大跨径连续梁桥也获得了迅速发展。其中 1984 年建成的广州 珠海三桥主跨为 80m+110m+80m；1991 年建成的杭州钱塘江二桥，为公铁两用 桥，主跨为 18 孔一联预应力混凝土箱形连续梁，分跨为 45m+65m+1480m+65m+45m，连续长度达 1340m，为目前国内之冠。在上世纪 80 年代末期到 90 年代，预应力束锚固与张拉工艺的使用及施工设备的日益完善， 促进了预应力混凝土桥向更大的

33、跨径冲击，发展了双薄壁墩的连续刚构体系。 如 1989 年建成的主跨 180m 的广东洛溪桥，1996 年建成的主跨 245m 的黄石长江 大桥，1997 年建成的主跨 270m 的虎门辅航道桥，为当时世界最大跨径。它标志 着我国预应力混凝土桥梁的设计、施工工艺与技术水平已经跨入了世界先进行列。 此外，结合我国的实际情况，还发展了预应力混凝土桁架拱桥与桁架 T 形刚构桥。 第一章 绪论5 1.2.2 预应力混凝土桥梁施工技术 我国现在大跨径预应力桥梁主要采用的施工方法是非常丰富的。 （一）有支 架就地浇注施工仍运用于预应力混凝土连续梁桥，充分发挥着桥梁的整体性好， 施工中无体系转换等优点；（二

34、）悬臂施工中的平衡浇注和悬臂拼装法不仅在施 工中不影响桥下的通航或通车情况还可以充分利用预应力混凝土承受负弯矩能力 强的特点，将跨中的正弯矩转换为支点负弯矩，提高桥梁的跨越能力。悬臂浇注 的施工周期一般是 610d，依节段混凝土的数量和结构的复杂程度而不同。悬臂 拼装的基本工序是：梁段预制、移位、堆放和运输、梁段起吊拼装和施加预应力。 （三）逐孔施工法；但要注意在施工过程的体系转换，不同的转换途径将得到不 同的内力叠加，而最终的恒载内力（包括混凝土的收缩、徐变内力重分布）将向 着连续梁桥按照全联一次完成的恒载内力靠近。 （四）顶推施工法；利用桥纵轴 方向的台后预制场地，分节段预制梁，并用纵向预

35、应力筋将预制节段与施工完成 的梁体连成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地，然后 继续在预制场进行下一节梁段的预制，直至施工完成。 （五）转体施工法；它是 在河流的两岸或适当的位置，利用地形或使用简便的支架先将半桥预制完成，之 后以桥梁结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转体到桥位轴 线位置合拢成桥。 大跨径预应力混凝土连续刚构桥由于跨度大，通常采用悬臂浇筑法施工，下 面主要介绍其施工方法及特点。 1.2.3 悬臂浇筑法施工 一、施工特点 悬臂施工法是利用已建成的桥墩沿桥跨方向对称施工，其施工的必要条件是： 施工中需要墩与梁固结，桥墩要承受施工产生的不对称弯矩。

36、悬臂施工时随梁段 增长，梁内出现的负弯矩不断增大，对梁上缘需逐段施加预应力，使其与完成的 梁段连成整体。其总体施工特点为：桥下无需搭设支架，对深水、大跨、通航、 峡谷、高墩的条件下是最优的施工方案；工艺简单，施工设备少；多桥孔可同时 施工，施工速度快；悬臂施工时使跨中正弯矩移到支点负弯矩，大大提高桥梁的 跨越能力，节省施工费用，降低工程造价等。此施工方法由早期的 T 型钢构，后 来又被推广应用于连续梁、连续刚构、斜腿刚架、斜拉桥及拱桥等。连续刚构桥 和斜腿刚架桥采用悬臂施工，都存在施工中的力学体系转换问题，所以施工中应 及时调整所施加的预应力，并考虑体系转换及其它因素引起的次内力。 悬臂施工是

37、由两个相邻的桥墩同时向两侧分段进行，水平推进，直到跨中合 拢，各整段用预应力紧密连成整体。它通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装两类。悬臂 浇筑法在发展中国家应用较为普遍，其特点是适当性强；工程造价一般比悬拼法 第一章 绪论6 节省；运输、起吊设备要求低；全部为湿接头，施工质量及控制易保证；工期较 长、劳动力用量多。悬臂拼装法广泛应用于发达国家，其特点为工业化生产及机 械化程度高，比悬浇施工速度快；工期短、劳动力用量少，高强混凝土质量容易 保证，但接头处易造成预应力损失，施工控制要求高；工程造价一般比悬浇法高。 所以我国的刚构桥一般采用悬臂浇筑法施工。 二、托架与挂篮5 悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段浇筑

38、混凝土，待混凝土达到一定强度后，张 拉预应力束，移动挂篮继续浇筑下一梁段。梁节段长度与梁段自重、挂篮重、平 衡配重及施工荷载密切相关，一般每个节段的长度为 34m，特大桥为 6m 左右。 悬臂浇筑施工中的主要设备是挂篮，因桥墩根部块的重量较大，且为了满足拼装 和支承挂篮要求的起步长度，经常先用托架浇筑第一梁段。 根据墩身高度、承台形式和地形条件设立支架托架，其高度和长度应由施工 挂篮的需要和现浇段长度决定，横桥向宽度一般比箱梁底宽出 1.52.0m，以便 立箱梁边肋的外侧模板，托架顶面应与箱梁底面在桥纵向的线形保持一致。为了 消除托架在浇筑梁段混凝土是产生的变形，常用千斤顶法、水箱法对托架预加

39、变 形。 托架上施工最初几个梁段达到挂篮起步长度后，拼装对接挂篮悬浇到一定长 度后，再将对接挂篮承重梁分开，形成两个独立的挂篮向墩的两侧逐段推进，新 浇梁段达到设计强度后张拉预应力束筋与前一梁段连成一体。挂篮是一个能自动 行走的空中活动脚手架，悬挂在已张拉的箱梁节段上，现浇段的模板安装、钢筋 绑扎、管道安装、预应力操作、压浆封顶等工作均在挂篮上进行。完成一个梁段 后，挂篮可前移一个梁段，循环悬臂浇完所有梁段。 挂篮的构造一般由主桁、悬挂系统、平衡重及锚固系统、行走系统、张拉平 台及底模架组成。主桁一般由两片纵梁组成，主桁由万能杆件和型钢组拼，或做 成斜拉结构。悬吊系统一般由两端钻有钻孔或两端用

40、车丝扣的圆钢组成，其作用 是将底模架和张拉平台自重及其荷载传递的主桁上。平衡重及锚固系统位于主桁 的尾部，主要作用是平衡挂篮前移和浇筑混凝土时产生的倾覆力矩，确保高空作 业安全。行走系统支承主桁，一般由车轮或四氟乙烯滑板组成，使挂篮沿梁体纵 向前移。张拉平台位于梁体前方，作为预应力束筋张拉脚手架。底模架是在挂篮 就位后，用于立模板、绑扎钢筋、浇混凝土并养护使用等。 挂篮按构造形式分为桁架式（包括平弦无平衡式、菱形、弓弦式等） ，斜拉 式（包括三角斜拉式和预应力斜拉式）型钢式及混合式四种。具体分类及其主要 特点如下： 1）平行桁架式挂篮，其承重系统一般为等高度桁梁，悬挂系统吊住底模架 第一章 绪

41、论7 和侧模板，桁架尾部设置压重或锚固，以解决倾覆稳定问题。 2）平弦无平衡重挂篮，是在平行桁架式挂篮的基础上取消压重，在主桁架 上部增设前后上横梁，根据实际需要可沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊拉底 模架平台及侧模架。 3）弓弦式挂篮的主桁外形似弓弦，也是从平行桁架式挂篮演变而来，可取 消平衡配重，故一般重量较轻。 4）菱形挂篮是平行桁式挂篮的简化结构，其后端锚固于箱梁顶板上，无平 衡压重，而且结构简单，可大大地减轻自重。 5）滑动斜拉式挂篮，其上部用斜拉体系代替桁架式结构。 6）预应力斜拉式挂篮，利用梁体内腹板的预应力筋拉住模板，从而简化挂 篮结构，减轻自重。 7）三角形组合梁挂篮，是在平

42、行桁式挂篮的基础上，用三角行组合梁代替 桁架式结构。 8）自承式挂篮，其构造与预应力斜拉式挂篮基本相同，不同在于预应力筋 配置定位销和钢销。 三、悬浇工艺流程 预应力混凝土刚构桥采用悬臂浇筑法施工时，其施工程序大致可分为以下几 个步骤： a在桥墩处搭设临时支架(或扇形支架)，在支架上现浇少数梁段作为拼装挂 篮的场地； b拼装挂篮，在挂篮上悬臂浇筑其余各梁段，逐段推进； c边孔靠近岸边梁段，在支架上浇筑。 悬臂浇筑的梁段、通常分成每 34m 一段，每一梁段均在挂蓝上浇筑，待新 浇梁段混凝土达到要求的强度后张拉预应力钢筋。挂篮支承在己浇筑和张拉的梁 段上，每套挂篮由两片或多片纵梁组成，可沿顺桥向移

43、动。 为确保挂篮的施工稳定性，通常是在挂篮后端压重或将挂篮临时锚固在前面 己张拉的梁段上。在挂篮设计方面，有的采用重型挂篮，也有的采用轻型挂篮。 轻型挂篮是目前悬臂施工中应用最普遍的一种，轻型挂篮重一般约为最重梁段的 一半。同时，出现了用模板代替挂篮的方法，即视模板为挂篮的一部分，目的是 用以减轻挂篮的自重。国内多采用轻型挂篮，箱梁内模则采用滑模施工，这就大 大节约了模板并确保了混凝土的浇筑质量。 每浇一梁段的工艺流程： 挂篮前移就位； 安装底模及侧模； 第一章 绪论8 安装底板与肋板钢筋以及预留管道； 安装内模； 安装顶板钢筋及预留管道； 浇筑混凝土； 养生； 穿预应力钢束及张拉锚固； 管道

44、压浆。 在正常情况下，每一浇筑梁段的施工周期约为 710 天。有时为加快进度， 还专门采取若干辅助措施，如利用多套挂篮同时施工；在混凝土中掺加早强剂和 采用蒸气养生等方法，有时还采用箱梁锚固端混凝土事先预制的方法(即预制端块 措施)。 挂篮悬浇施工的混凝土一般用泵送，混凝土塌落度一般控制为 1418cm，并 应随温度变化及运输和浇注速度进行适当调整。施工中还应注意下列问题： 1）各梁段浇注混凝土前，必须严格检查挂篮中线，挂篮底部标高；纵、横、 竖向预应力束管道；钢筋、锚头及其他预埋件的位置，检查核对准确无误后方可 浇注混凝土。 2）最后一次性全断面浇注梁段混凝土，体积较大的箱段也可分两次浇注。

45、 3）混凝土的浇注应从挂篮前端开始，以便减小挂篮施工中的变形，防止新旧 混凝土间产生裂缝。 4）预应力管道应在浇注混凝土之前，在波纹管内插入硬塑料管作衬填。 5）挂篮上应设风雨蓬，避免混凝土日晒雨淋影响其施工质量，冬季应有保温 措施。 6）箱梁混凝土浇注完成后，应立即用通孔器检查管道，及时处理漏浆而出现 的堵管现象。 四、合拢段施工及其控制 合拢程序一般采用两岸向跨中的顺序，但应注意的是不同的合拢程序，引起 的结构恒载内力不同，体系转换时由徐变引起的内力重分布也不相同，所以采用 不同的合拢程序将在结构中产生不同的恒载内力，对此必须在设计和施工中引起 足够的重视。 合拢段施工是悬浇施工中的关键，

46、当悬臂长时，结构恒载和施工荷载将产生 较大的挠度，这些挠曲变形除在各节段施工不断调整外，合拢时需要详细调整。 对 T 构跨中合拢段多采用挂梁连接，合拢段施工中需注意两边挂梁安装加荷的均 衡性问题。为了防止墩柱产生过大的不平衡力矩，可采取下列两种措施：配置平 衡重；两悬臂梁端部分批交替架梁。对连续刚构桥采用悬臂施工时，跨中合拢段 第一章 绪论9 刚性连接、整体合拢，常采用现浇和拼装两种方法施工合拢段。为了控制合拢段 的位置，可在合拢段内设置刚性支撑定位，采用超早强水泥，控制合拢温度等措 施提高施工质量。 设置刚性支撑锁定措施有：箱梁内外设刚性支撑、外刚性支撑与张拉临时束 或仅设内（后外）刚性支撑

47、等锁定措施，并在合拢段施工中注意以下问题。 1）根据合拢段的气温预报情况，测试分析气温与梁温的相互关系，以确定合 拢施工时间并为合拢锁定方法提供依据。 2）根据结构情况和梁温的可能变化情况，选择合理的合拢锁定方法并进行必 要的合拢力学验算。 3）选择日气温教低，温度变化幅度小时锁定合拢口并浇注合拢段混凝土。 4）合拢口的锁定应迅速、对称地进行，先将外刚性支撑另一端与梁连接，临 时预应力束也应随之快速张拉。 5）合拢口的混凝土宜比梁体提高一个等级，并要求早强，最好采用膨胀混凝 土，且应作特殊配合比设计，浇注时应认真振捣和养生。 6）为了保证浇注混凝土过程中合拢口始终处于稳定状态，必要时可在各悬臂

48、 端施加与混凝土重力相同的配重，加、卸载应对称于梁轴线进行。 7）合拢口混凝土达到设计强度后，完成体系转换，按设计要求张拉全桥剩余 的预应力束。 8）为了减小合拢后混凝土收缩和徐变的影响，可采取以下两种措施：一是将 梁收缩徐变的影响视为梁降温来等效处理；另一种是在合拢锁定前将梁预设一个 值，即可消除梁体后期收缩、徐变产生的变形影响。l 1.3 大跨径连续刚构桥病害成因概述 目前一些大跨径预应力混凝土连续刚够桥出现的病害主要集中在两个方面： 一是主梁的跨中下挠问题，主跨 245m 的某大桥，最大下挠达到 32cm，主跨 270m 的虎门大桥辅航道桥，建成 5 年后，在 2002 年已下挠 17c

49、m，远超过原设计预留 的 10cm 的徐变预拱度；二是箱梁的开裂问题，包括主梁腹板边跨靠近现浇段及 中跨 1/4L3/8L 段腹板出现的斜裂缝、主梁箱梁地板跨中部分预应力张拉锚固 后出现的纵向裂缝及墩顶横隔板的竖向和横向裂缝等。 连续刚构病害的产生，究其原因可以归纳为设计、施工、材料、运营管理等 四个方面。 1.3.1 设计及理论上的原因 主梁跨中下挠问题 （1）对混凝土徐变的影响程度及长期性估计不足 第一章 绪论10 大跨度连续刚构桥跨中下挠过大不仅影响其外观及行车，而且对其受力也将 产生一定影响，从设计的角度来分析其原因主要是对混凝土徐变的影响程度及长 期性估计不足。 现在大跨径预应力连续刚构桥绝大多数采用悬臂法施工，随着混凝土强度等 级的提高，截面越来越轻型，构件越来越薄。这些因素，必然使徐变系数越来越 来大