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【摘 要】详细介绍了连续刚构桥的发展历程、受力特点及其适用范围，对现阶段连续刚构桥存在的主要问题进行分析总结，并针对性地指出这一桥型的主要发展方向，供相关研究人员参考借鉴。
【关键词】连续刚构桥；大跨度桥梁；存在问题；发展趋势
1.引言
随着我国公路交通运输事业的迅速发展，西部地区高等级公路建设步伐的不断加快，跨越山区深谷的桥梁日益增多。这些地区的桥型选择时，通常采用大跨径桥梁，以达到减少下部结构工作量、降低下部结构造价的目的。
悬索桥、斜拉桥及高墩连续刚构桥均可作为跨越山区河谷的大跨度桥型方案。然而悬索桥主缆、锚碇施工及加劲梁的拼装，需要较开阔的场地。此外，山区地质、地形条件也使锚碇的选址和施工成为难题。尽管较小跨径的斜拉桥可以采用预应力混凝土作为主梁的选材，但因山区的地形、环境条件给斜拉桥的主塔施工、斜拉索的运输与张拉带来困难。因此 100～300 米跨越能力的桥型中，悬索桥和斜拉桥没有明显的竞争优势。
高墩大跨的预应力混凝土连续刚构桥往往被设计者作为优选的推荐桥型。预应力连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点，又有墩梁固结刚度大、减少了大吨位支座使用，且超静定次数高结构的应力分布均匀的优点。成为了目前广泛修建的桥型之一。
2.连续刚构桥的发展
追根溯源，连续刚构桥结构体系由 T 型刚构桥发展而来[1]。力学体系上看，带挂梁的T型刚构为静定结构。恒载作用下带铰的T型刚构为静定体系，而活载作用下为超静定结构。两者相比，带铰T型刚构由于相邻跨协同受力，主梁内力多为负弯矩控制，可以按悬臂梁配筋，配筋型式简单。然而在温度、收缩徐变等因素作用下会引起悬臂端的变形，导致封铰时要较大的强迫位移，铰内会产生较大的附加内力。加之桥面挠度、转角的影响，桥面不平顺。而带挂梁T型刚构各跨则可以单独工作，梁内不会引起复杂的附加内力，而且略去了受力复杂、养护困难的剪力铰。因而，早期T型刚构经历由带铰的T型刚构发展到后来的带挂梁的T型刚构。但是，带挂梁的T型刚构虽然缓和了行车，存在伸缩缝增多，牛腿构造复杂，同样存在悬臂端挠度大的缺点。继而考虑将 T 型刚构桥与连续梁体系相结合，以合拢段代替T型刚构跨中挂梁，下部采用柔性墩，形成桥面连续的连续刚构桥[2]。
我国预应力混凝土桥梁起步较晚。1956 年京周公路卢沟桥附近建成第一座预应力混凝土简支梁。1965 年，我国用悬臂施工技术建成的第一座预应力混凝土 T型刚构桥，江苏盐河公路实验桥，该桥主跨 33 米。次年将平衡悬臂施工技术用于更大跨径的四川石棉大桥的建造，该桥主跨 84 米，边跨 42 米，不对称布置的带铰T型刚构。随着施工技术的成熟，T型刚构桥在当时的中国逐渐推广，跨径逐渐增加。1968 年建成的广西柳州桥，主跨 124 米，挂梁跨径 25 米，采用悬臂浇筑施工法。1971 年建成的福建乌龙江大桥，带挂梁的T型刚构，采用悬臂浇筑与悬臂拼装结合，主跨 144米，挂梁 33米。1980年建成的重庆长江大桥也是一座预应力T型刚构，主跨为 174 米，挂梁 35米。国第一座大跨径连续刚构是广州的洛溪大桥，主跨 180 米，为不对称四孔连续刚构，从此开始了我国连续刚构桥建设的高速发展。1995 年建成的湖北黄石长江公路大桥，主跨达到 245 米，五跨一联，全长 2580 米，是国内连续长度最大的预应力连续刚构。1997 年建成的主跨 270 米的广州虎门大桥辅航道桥，三跨预应力混凝土连续刚构，为当时同类桥梁跨径的世界第一。2006 年建成的重庆石板坡复线长江公路大桥，为预应力混凝土与钢梁的混合结构，主跨 330 米，中跨跨中有 108 米的钢结构箱梁，用于减小梁体的自重。该桥为我国跨度最大的连续刚构，也是世界上有记录的同类桥梁的世界第一。
3.连续刚构桥存在的问题
3.1. 梁体裂缝丛生
大跨度预应力混凝土连续刚构的箱梁突出问题之一是裂缝，裂缝的产生降低了箱梁的刚度，加速挠度的发展。腹板位置多是斜裂缝，底板是横向裂缝，顶板是纵横裂缝。这些裂缝往往是结构裂缝，长期发展还会影响混凝土的耐久性和钢筋的腐蚀问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆预应力混凝土连续刚构桥出现裂缝主要原因有[3]：
1）跨径过大，横隔梁过少，箱梁在偏载作用下，发生畸变。尤其是横向弯矩引起的底板纵向裂缝；
2）箱梁下缘（底板）的压应力储备不足，有的出现了拉应力，超过混凝土的抗拉强度出现裂缝，尤其是横向裂缝。引起下缘压应力储备不足的因素也很多，诸如收缩徐变导致预应力储备下降，混凝土施工质量导致强度不足。施工误差过大，尤其是施工导致的超方，过大自重引起的拉应力。大翼缘单箱单幅的箱梁，翼缘板长，剪力滞效应明显。
3）腹板中主拉应力被低估，计算得到的主拉应力比实际值小。低估腹板主拉应力的主要原因有：竖向预应力效率被高估。竖向预应力的锚头回缩，预应力损失较大，永存竖向预应力受损严重；未考虑腹板自重，计算主拉应力按二维受力模型。未考虑横向应力影响，低估了横向弯矩对主拉应力贡献；超载效应明显，低估了重载车辆的持续作用时间以及重载车辆在荷载中比例；低估内外温度差别，尤其是日照引起腹板的内外温差。
4）低估了底板纵向预应力筋的径向分力。由于底板预应力钢筋随着底板线性顺桥向呈曲线变化，预应力钢筋沿桥梁纵向实际上是弧线，预应力钢筋有径向分力，容易将底板混凝土劈裂成两层。
3.2. 跨中挠度的增加
除了箱梁腹板、底板出现裂缝外，威胁预应力混凝土连续刚构桥安全以及耐久性的是逐年增加而渐渐稳定于一定值的跨中挠度。导致预应力混凝土连续刚构桥挠度增大的主要原因有
1) 混凝土的收缩徐变认识不足，低估了收缩徐变引起的挠度；
2）施工期间未有效控制初始挠度，恶化了后期挠度增长；
3）预应力度太小；
4）开裂的影响；
5）低估了预应力损失；
6）活载作用频繁，类似于长期荷载；
7）合拢方式不合理，梁内有初始附加力；
8）加载龄期过早；
9）预应力管道不饱满；
10）施工超方影响。
4.连续刚构桥的发展趋势
国内外预应力混凝土梁式桥得以迅速发展源自预应力三项技术的改进，但也因对混凝土收缩徐变机理以及对梁桥挠度影响的严重低估，导致初期建成的桥梁，尤其是节段悬臂施工技术广泛应用后的大跨连续刚构桥梁，箱梁的裂缝不断出现和跨中挠度不断增长。现阶段，我国桥梁工程界在加固既有连续刚构桥梁的同时，特别关注如何克服连续刚构的这两个问题，解决问题的方法主要有以下三种途径。
4.1. 合理跨径
因为挠度问题，预应力混凝土连续刚构相对合理的跨径应该是 200 米以下。一般来说，跨径大于 200 米以后，预应力混凝土连续刚构桥的缺陷会更多些，即使 150米跨径，也可以考虑矮塔斜拉桥方案来替代连续刚构。连续刚构的经济跨径应该调整为 100米～150米。
4.2. 墩梁刚度
连续刚构设计时通过增加主梁墩顶截面的高度，来提高主梁刚度，通过增加墩的高度，或者将墩设计为双薄壁墩，来降低墩的抗推刚度，满足主梁的纵向以及转角变形要求。因此连续刚构往往和高墩联系起来，大跨往往是高墩。但是对于西部地区 V形河谷，往往靠近岸边或者边跨时，桥墩无法设计成高墩，因而出现了刚构连续梁桥，即在刚度大的桥墩处设置支座，满足上部结构的变形。
4.3. 上部结构轻型化
1）采用轻型混凝土材料
2）利用混合梁
3）实腹段负弯矩区部分挖空
参考文献
[1]袁鸿跃. 大跨度预应力混凝土连续刚构桥的现状及其发展趋势分析[J]. 科技资讯，2011, (9): 62-62
[2]史尔毅. 我国预应力混凝土 T 型刚构公路桥[J]. 重庆交通学院学报, 1982, (3):1-11
[3]于跃波. 浅谈预应力砼连续刚构桥发展概况[J]. 科学之友, 2007, (3):56-57
论文作者:郭会国
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第7期
论文发表时间:2016/8/19
标签：预应力论文; 混凝土论文; 挠度论文; 裂缝论文; 应力论文; 悬臂论文; 腹板论文; 《低碳地产》2015年第7期论文;