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摘要：在连续刚构桥设计中，设计者往往对使用过程中预应力损失量把握不准确，导致桥梁使用过程中梁体跨中下挠现象较为严重，在一些大跨度桥梁结构中尤为明显。本文针对目前已建桥梁，应用有限元软件Madis/civil，对其预应力损失进行分析，找出二次张拉位置、二次张拉量以及二次张拉时间对跨中下挠的影响，并提出了一种新的结构优化方式。
关键词：连续刚构桥；跨中下挠；二次张拉
一、引言
随着交通运输业的不断发展，桥梁建设发展越来越快，桥梁跨度也在不断增大。在早期，桥梁中最常见的结构形式是简支梁桥。简支梁桥要增加跨径，需要抵消其跨中截面的自重弯矩。抵抗增加的自重弯矩的办法就只能是增加截面尺寸，而这样又不可避免地导致自重的增加，以至于最后截面尺寸的增加大部分都用于抵消增加部分材料自重引起的內力。近年来我国桥梁技术日趋成熟，解决这些病害的能力也越来越成熟，但是随着桥梁跨径的不断增大，跨中持续下挠以及梁体裂缝两大问题亟待处理。梁体裂缝的开展会导致主梁刚度下降，从而导致梁体跨中下挠的增长，同时跨中下挠的增长又会导致梁体开裂，当下挠达到较大数值时，病害就比较严重了。
近十年来，国内外一些大跨预应力混凝土连续刚构桥中均出现了一些大大小小的下挠问题。其中超出设计许可的下挠影响了桥梁的行车安全，降低了桥梁使用年限。在施工控制中采用增大预抛高值的办法，仅能在一定程度上改善主梁线性，无法从根本上缓解主跨持续下挠状态，以及由此导致的结构状态的不断恶化。桥梁跨中下挠，尤其是大跨度PC连续刚构桥的病害问题是工程上一个亟待解决的问题，许多学者对此进行了诸多研究，也已取得了一些成果。但是目前仍没有很好的解决措施，尤其对于一些大跨度的桥梁而言，只能够定期采取体外预应力加固的方式缓解跨中下挠的病害。本文以已建桥梁为基础，利用有限元软件Midas/Civil建立模型，通过实测数据对模型进行验证，保证模型的正确性，提出二次张拉设想，利用该模型验证其正确性。此研究对解决跨中下挠问题有着重要的工程价值。
二、工程概况
本文采用的工程模型实例为沅水大桥主桥、黄石公路长江大桥主桥和虎门大桥辅航道桥。沅水大桥主桥总长2856m，是大跨PC变截面悬浇连续刚构桥；黄石公路长江大桥总长1060m，是五跨PC连续刚构桥；虎门大桥辅航道桥总长2580m，是三跨PC连续刚构桥。通过对三座模型进行理论研究，首先验证了三座桥梁的模型正确性，对比监测数据以及模型建立实际受力情况，本研究分别对三座桥梁成桥时工况及预应力损失30%工况下进行建模，并对各自现场实际检测数据进行比对，发现模型受力情况完全符合实测要求，验证模型受力正确。同时发现三座桥梁截至维护加固前其跨中下挠均已超过预应力损失30%工况的下挠值。
三、二次张拉设置对大跨PC连续刚构桥的作用
1.二次张拉设置方法的提出
通过实测数据与模型对比发现，跨中下挠的首要危害因素是预应力损失。为治理此种病害，本文特提出一种二次张拉设置方式，通过在桥梁底板中预留一定数量的预应力孔道，在合适的时间对其进行二次张拉，可以有效地解决此类病害问题。
2.二次张拉位置确定
通过对比各类不同情况的影响比例发现，沅水大桥主桥在跨中张拉影响比例不到10%，而在第5个悬浇段张拉影响比例达到20%；虎门大桥辅航道桥较为平稳，跨中张拉影响比例为102%，而在第4～6个悬浇段位置均能达到17%以上；黄石公路长江大桥跨中张拉影响比例为20%，而在第4～6个悬浇段位置可以达到30%。三座桥梁模型验证得出的结论都有相同的规律，从跨中出每跨一个悬浇段张拉影响都在逐渐升高，待到4～6个悬浇段之后由于预应力束的增长，预应力补充反而减少，张拉影响比例也在逐渐下降。由此可知，在距离1/4跨左右处（4～6个悬浇段位置）张拉的恢复效果最好。
3.二次张拉数量确定
沅水大桥主桥在张拉数量比例为10%时，位移变化量仅有135%（095cm），底板最大压应力也只有686MPa，但当其张拉数量比例在35%时，位移变化量能达到4182%（294cm），底板最大压应力也增加至1025MPa，如果张拉数量继续增大，将导致底板抗拉达到极限而开裂；虎门大桥辅航道桥在张拉数量比例为10%时，位移变化量仅有53%（316cm），底板最大压应力也有1541MPa，但是当其张拉30%时，位移变化量可达16%（951cm），其底板应力高达21MPa；黄石公路长江大桥在张拉数量比例10%时，位移变化量仅有1218%（183cm），底板最大压应力可达932MPa，但是当其张拉30%时，位移恢复量可达3546%（533cm），但底板最大压应力也达到1622MPa。通过对比数量变化可知，张拉量越大，跨中下挠的恢复越好，但是张拉时应力也越大；同时张拉恢复量及底板最大压应力也和桥梁跨度有关，跨度越大恢复量越小，所以在满足底板最大压应力的前提下选择合适的张拉数量最为适宜。
4.二次张拉时间确定
在确定二次张拉时间时，本文通过采用五个时间段进行二次张拉，对比不同张拉时间时对桥梁跨中下挠的恢复量以及底板最大压应力，从而找出其中最有利的张拉时间。五个不同时间工况分别为成桥时、成桥一年后、成桥两年后、成桥三年后以及成桥五年后。通过不同时间张拉发现，沅水大桥主桥从成桥时的底板最大压应力1076MPa降低至五年后张拉的97MPa。底板最大压应力呈逐年递减状态，成桥一年后为1031MPa，成桥两年后为1018MPa，成桥三年后为992MPa，但是恢复位移也越来越少，从563cm降低至543cm。其中成桥一年后为553cm，成桥两年后为548cm，成桥三年后为546cm。黄石公路长江大桥底板压应力从1771MPa降低至1531MPa，底板最大压应力同样呈逐年递减状态，同时在成桥一年后有明显的协力变化，其中成桥一年后为1638MPa，成桥两年后为1592MPa，成桥三年后为1575MPa，位移恢复量也从1453cm降低至1247cm，同时在成桥一年后位移恢复量降低也明显加快，成桥一年后的位移恢复量就已经降低至1256cm。虎门大桥辅航道桥底板压应力从2963MPa降低至2093MPa，位移恢复量从2578cm降低至2192cm，变化规律与其他两座桥梁一致，底板最大压应力和位移恢复量在成桥一年后都有明显的斜率变化。通过对成桥后不同时间段进行二次张拉的比较结果可知，张拉时间越晚，对跨中下挠的恢复越不利，但是张拉越早，底板压应力就越大，在成桥一年后有一个明显的斜率变化。所以在满足规范的前提下，张拉时间尽量选择在底板压应力不超标，成桥一年之后为宜。
四、结论
本文根据已建三座桥梁分析，提出了一种二次张拉设置的方法，用于缓解此类病害。通过研究发现，在距离1/4跨左右处（4～6个悬浇段位置）张拉的恢复效果最好，张拉量不超过规范要求，张拉时间尽量选择在底板压应力不超标的一年之后，保证结构底板最大压应力满足相关规范。按照正规工艺要求进行施工，将有效地缓解跨中下挠的症状。至于如何完全根治此类病害还需要进一步研究。
参考文献：
[1]任亮，张璟，上官兴.控制大跨PC梁桥长期下挠的综合举措研究[J].华东交通大学学报，2010，27（3）：33-37.
[2]林同炎.预应力混凝土结构设计[M].北京：中国铁道出版社，1983.
[3]张劲泉，等.桥梁检测与加固手册[M].北京：人民交通出版社，2007.
[4]李昊光，刘航，等.体外预应力结构技术与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
基金项目：江西省教育厅科技项目（项目编号：GJJ151156）；江西科技学院校级自然科学研究项目（项目编号：ZR15QN05）。
作者简介：刘方华（1989—），硕士，讲师，研究方向：箱梁桥的设计与分析。
关键词：连续刚构桥；跨中下挠；二次张拉
一、引言
随着交通运输业的不断发展，桥梁建设发展越来越快，桥梁跨度也在不断增大。在早期，桥梁中最常见的结构形式是简支梁桥。简支梁桥要增加跨径，需要抵消其跨中截面的自重弯矩。抵抗增加的自重弯矩的办法就只能是增加截面尺寸，而这样又不可避免地导致自重的增加，以至于最后截面尺寸的增加大部分都用于抵消增加部分材料自重引起的內力。近年来我国桥梁技术日趋成熟，解决这些病害的能力也越来越成熟，但是随着桥梁跨径的不断增大，跨中持续下挠以及梁体裂缝两大问题亟待处理。梁体裂缝的开展会导致主梁刚度下降，从而导致梁体跨中下挠的增长，同时跨中下挠的增长又会导致梁体开裂，当下挠达到较大数值时，病害就比较严重了。
近十年来，国内外一些大跨预应力混凝土连续刚构桥中均出现了一些大大小小的下挠问题。其中超出设计许可的下挠影响了桥梁的行车安全，降低了桥梁使用年限。在施工控制中采用增大预抛高值的办法，仅能在一定程度上改善主梁线性，无法从根本上缓解主跨持续下挠状态，以及由此导致的结构状态的不断恶化。桥梁跨中下挠，尤其是大跨度PC连续刚构桥的病害问题是工程上一个亟待解决的问题，许多学者对此进行了诸多研究，也已取得了一些成果。但是目前仍没有很好的解决措施，尤其对于一些大跨度的桥梁而言，只能够定期采取体外预应力加固的方式缓解跨中下挠的病害。本文以已建桥梁为基础，利用有限元软件Midas/Civil建立模型，通过实测数据对模型进行验证，保证模型的正确性，提出二次张拉设想，利用该模型验证其正确性。此研究对解决跨中下挠问题有着重要的工程价值。
二、工程概况
本文采用的工程模型实例为沅水大桥主桥、黄石公路长江大桥主桥和虎门大桥辅航道桥。沅水大桥主桥总长2856m，是大跨PC变截面悬浇连续刚构桥；黄石公路长江大桥总长1060m，是五跨PC连续刚构桥；虎门大桥辅航道桥总长2580m，是三跨PC连续刚构桥。通过对三座模型进行理论研究，首先验证了三座桥梁的模型正确性，对比监测数据以及模型建立实际受力情况，本研究分别对三座桥梁成桥时工况及预应力损失30%工况下进行建模，并对各自现场实际检测数据进行比对，发现模型受力情况完全符合实测要求，验证模型受力正确。同时发现三座桥梁截至维护加固前其跨中下挠均已超过预应力损失30%工况的下挠值。
三、二次张拉设置对大跨PC连续刚构桥的作用
1.二次张拉设置方法的提出
通过实测数据与模型对比发现，跨中下挠的首要危害因素是预应力损失。为治理此种病害，本文特提出一种二次张拉设置方式，通过在桥梁底板中预留一定数量的预应力孔道，在合适的时间对其进行二次张拉，可以有效地解决此类病害问题。
2.二次张拉位置确定
通过对比各类不同情况的影响比例发现，沅水大桥主桥在跨中张拉影响比例不到10%，而在第5个悬浇段张拉影响比例达到20%；虎门大桥辅航道桥较为平稳，跨中张拉影响比例为102%，而在第4～6个悬浇段位置均能达到17%以上；黄石公路长江大桥跨中张拉影响比例为20%，而在第4～6个悬浇段位置可以达到30%。三座桥梁模型验证得出的结论都有相同的规律，从跨中出每跨一个悬浇段张拉影响都在逐渐升高，待到4～6个悬浇段之后由于预应力束的增长，预应力补充反而减少，张拉影响比例也在逐渐下降。由此可知，在距离1/4跨左右处（4～6个悬浇段位置）张拉的恢复效果最好。
3.二次张拉数量确定
沅水大桥主桥在张拉数量比例为10%时，位移变化量仅有135%（095cm），底板最大压应力也只有686MPa，但当其张拉数量比例在35%时，位移变化量能达到4182%（294cm），底板最大压应力也增加至1025MPa，如果张拉数量继续增大，将导致底板抗拉达到极限而开裂；虎门大桥辅航道桥在张拉数量比例为10%时，位移变化量仅有53%（316cm），底板最大压应力也有1541MPa，但是当其张拉30%时，位移变化量可达16%（951cm），其底板应力高达21MPa；黄石公路长江大桥在张拉数量比例10%时，位移变化量仅有1218%（183cm），底板最大压应力可达932MPa，但是当其张拉30%时，位移恢复量可达3546%（533cm），但底板最大压应力也达到1622MPa。通过对比数量变化可知，张拉量越大，跨中下挠的恢复越好，但是张拉时应力也越大；同时张拉恢复量及底板最大压应力也和桥梁跨度有关，跨度越大恢复量越小，所以在满足底板最大压应力的前提下选择合适的张拉数量最为适宜。
4.二次张拉时间确定
在确定二次张拉时间时，本文通过采用五个时间段进行二次张拉，对比不同张拉时间时对桥梁跨中下挠的恢复量以及底板最大压应力，从而找出其中最有利的张拉时间。五个不同时间工况分别为成桥时、成桥一年后、成桥两年后、成桥三年后以及成桥五年后。通过不同时间张拉发现，沅水大桥主桥从成桥时的底板最大压应力1076MPa降低至五年后张拉的97MPa。底板最大压应力呈逐年递减状态，成桥一年后为1031MPa，成桥两年后为1018MPa，成桥三年后为992MPa，但是恢复位移也越来越少，从563cm降低至543cm。其中成桥一年后为553cm，成桥两年后为548cm，成桥三年后为546cm。黄石公路长江大桥底板压应力从1771MPa降低至1531MPa，底板最大压应力同样呈逐年递减状态，同时在成桥一年后有明显的协力变化，其中成桥一年后为1638MPa，成桥两年后为1592MPa，成桥三年后为1575MPa，位移恢复量也从1453cm降低至1247cm，同时在成桥一年后位移恢复量降低也明显加快，成桥一年后的位移恢复量就已经降低至1256cm。虎门大桥辅航道桥底板压应力从2963MPa降低至2093MPa，位移恢复量从2578cm降低至2192cm，变化规律与其他两座桥梁一致，底板最大压应力和位移恢复量在成桥一年后都有明显的斜率变化。通过对成桥后不同时间段进行二次张拉的比较结果可知，张拉时间越晚，对跨中下挠的恢复越不利，但是张拉越早，底板压应力就越大，在成桥一年后有一个明显的斜率变化。所以在满足规范的前提下，张拉时间尽量选择在底板压应力不超标，成桥一年之后为宜。
四、结论
本文根据已建三座桥梁分析，提出了一种二次张拉设置的方法，用于缓解此类病害。通过研究发现，在距离1/4跨左右处（4～6个悬浇段位置）张拉的恢复效果最好，张拉量不超过规范要求，张拉时间尽量选择在底板压应力不超标的一年之后，保证结构底板最大压应力满足相关规范。按照正规工艺要求进行施工，将有效地缓解跨中下挠的症状。至于如何完全根治此类病害还需要进一步研究。
参考文献：
[1]任亮，张璟，上官兴.控制大跨PC梁桥长期下挠的综合举措研究[J].华东交通大学学报，2010，27（3）：33-37.
[2]林同炎.预应力混凝土结构设计[M].北京：中国铁道出版社，1983.
[3]张劲泉，等.桥梁检测与加固手册[M].北京：人民交通出版社，2007.
[4]李昊光，刘航，等.体外预应力结构技术与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
基金项目：江西省教育厅科技项目（项目编号：GJJ151156）；江西科技学院校级自然科学研究项目（项目编号：ZR15QN05）。
作者简介：刘方华（1989—），硕士，讲师，研究方向：箱梁桥的设计与分析。