预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治

　　本书结合工程实例，针对目前预应力混凝土连续箱梁桥出现结构裂缝比较普遍的现状，通过现场调查与观测，分析了裂缝的主要形式及其成囚，探讨了箱梁开裂的敏感性因素，并提出了相应的防治措施。 本书读者对象为从事桥梁工程设计、施工、养护、管理的工程技术人员，也可供高等院校相关专业的师生参考。 序 随着国家基础设施建设的快速发展，预应力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等特点，已成为公路建设中最主要的桥型之一。但随着预应力混凝土连续梁式桥（包括连续梁、连续刚构、刚构一连续组合体系），特别是大跨度连续梁式桥的大量修建，亦暴露了一些问题。其中混凝土结构开裂问题较为突出，引起工程界的怀疑并导致对预应力连续箱梁桥应用的不放心，进而影响其在公路工程建设中的进一步推广。为了探明箱梁桥结构裂缝产生的规律和形成机理，从设计、施工和养护等方面综合考察和研究，以确定裂缝的产生是由于箱梁桥结构本身固有的缺陷还是设计、施工和养护不当所致，从而对箱梁桥裂缝能够有全面和深刻的认识，本书作者会同有关单位对该类桥梁裂缝问题做了大量调查、分析、研究和总结工作。这些结论和做法在数座新桥设计和施工实践中初步应用后，被证明是可行和有效的，并与2004年颁布的新的公路桥梁规范基本一致。 针对预应力混凝土箱梁桥的开裂问题，本书作者及其合作者们借鉴全国同类桥梁的建设经验与教训，并以浙江省近年来蓬勃开展的公路桥梁建设事业为背景，结合很多工程实例，撰写专著《预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治》，内容包括现场裂缝调查、裂缝分类及成因，箱梁桥开裂的敏感性因素分析，箱梁桥设计方法与构造改进，箱梁桥施工与养护措施改进，工程应用实例等。这些内容科学合理，与现行公路桥梁设计与施工规范有机结合，既继承了以往预应力混凝土连续箱梁桥在设计和施工方面的成功理论和经验，又对这些理论和方法进行了创造性的总结和发展，具有较高的应用价值，可供同行参考。 本书作者及其合作者们具有很高的理论水平和丰富的工程实践经验，专著反映了他们长期从事预应力混凝土连续箱梁桥建设的经验和理论水平。我衷心祝贺本书的出版，它将使公路预应力混凝土连续箱梁桥结构设计和施工技术跃上一个新的台阶，为我国公路桥梁建设事业作出更大的贡献。 中国工程院院士 中南大学教授曾庆元 2005年9月 前言 最近，人民日报刊登的一个关于"木床治病"的故事令人颇感震动。在青海，由于牧民的毡房都扎在低温的草滩上，导致85％的牧民患有关节炎。为了让牧民养成睡床的习惯，医生田青春设计出一种方便拆装、适合于游牧生活的木床。经过几个关节炎重症者十几天的试用，睡木床的牧民发现关节炎不发作了。于是，睡木床很快在草原上流行起来。如果在大城市，大多数医生遇到这样的情况，恐怕第一个念头就是做人工关节置换手术，而这样的手术往往需要花费几万甚至十几万元。看来木床虽小，其价值却无法估量。 一名医生不是用手术刀，而是用木床治好了牧民的关节炎，此举发人深思。我国是一个发展中国家，除了要面对资金紧张外，与世界发达国家一样，也面临资源、能源日益短缺的威胁，因此在很长一个时期，我们需要用最经济的医疗药方，保障最大多数人的健康；需要用最经济的方案，保障国民经济的健康持续发展，而"预防为主"就是最好的"药方"。 20世纪80～90年代，在预应力混凝土连续箱梁设计中普遍应用优化理论，以大大节省预应力混凝土结构中的钢筋和混凝土数量，但十几年的实践表明，如果优化违背了自然法则，其结果比不优化还糟糕。正像大禹治水一样，只有遵循自然规律，变堵为疏，才能制服洪灾。因此，一方面本书遵循基本力学原理和节约原则，对上述不当做法进行了纠正修改。另一方面本书针对目前预应力混凝土连续箱梁桥出现结构裂缝比较普遍的现状，通过现场裂缝调查和观测，分析了结构的主要裂缝形式及其成因，探讨了箱梁桥开裂的敏感性因素，提出应用钢桁梁桥空间抗剪和箱梁桥裂缝加固比拟法及相应改进措施，并应用多室多箱变截面混凝土箱梁桥的空腹桁架有限元分析模型进行校核，以期综合反映箱梁桥的弯曲、扭转、畸变翘曲、横向弯曲、剪力滞后和多向预应力等结构受力状态。 在本书中，通过对实桥进行平面计算分析和空间计算分析的比较，得出了平面分析仍适用于结构设计计算，但在使用阶段须采用空间分析验算的结论。通过对两座实桥进行理论裂缝分布规律和实测裂缝分布规律的比较，结果表明提出的有限元计算模型能较好地反映预应力箱梁桥的应力应变状态。进一步计算分析得出了：纵向预应力束布置和竖向预应力的大小对箱梁桥腹板斜裂缝的控制等起着主要的作用。这些结论与比拟法得出的结论相一致，这也说明了比拟法思想的正确性。在此基础上，对预应力混凝土连续箱梁桥的结构分析方法、预应力束和非预应力筋设计以及箱梁桥的构造设计（特别是腹板厚度）提出了具体改进措施，并对容易导致箱梁桥裂缝的施工环节提出了具体要求。这些思想和方法在实桥设计和施工中得到了验证，证明是可行而有效的，与2004年新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTCD62：2004）的思路也是一致的。 本书中，人员分工及贡献简述如下（顺序不分先后）： 朱汉华：提出工程类比法和配筋方法，负责本书校核工作等。 钟新谷：提出空腹桁架有限元分析模型并分析箱梁桥的空间效应等。 彭卫：运用ANSYS软件开展箱梁桥平面与空间分析及敏感性因素分析等。 潘明军：协助项目主持并论证和改进了纵向配索方法等。 陈孟冲：负责海盐大桥等工程实例设计。 施颖：国内外有关规范的比较和总结。 邢鸿燕、张新军：运用ANSYS软件进行了箱形梁平面与空间的计算。 邹中权、袁帅华：运用梁段有限元法进行了箱形梁平面与空间的计算。 李飞泉、秦顺飞：对部分内容进行了分析并协助资料整理。 袁迎捷：负责本书的统稿工作。 在本书编写工作中，朱汉华同志分别征求原研究工作负责人钟新谷、彭卫两同志意见，他们另编著相应理论书籍，不参加本书编写工作，特此说明。 作者 2005年11月

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