永和大橋

預應力混凝土斜拉橋中，主梁的濕接縫往往是結(jié)構受力的薄弱部位。為揭示濕接縫的破壞機制，建立了天津永和大橋的施工階段分析模型，計算了主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間的濕接縫的混凝土應力狀態(tài)，分析了活載超載、拉索松弛及混凝土收縮徐變等多種因素對濕接縫混凝土應力的影響，同時也闡明了主跨合龍段的預應力鋼筋、濕接縫的位置、濕接縫的施工質(zhì)量等構造方面的固有缺陷。研究表明：長期超載運營是造成濕接縫破壞的最主要的因素，而運營期間拉索的松弛和混凝土的收縮徐變等因素是造成濕接縫破壞的不可忽略的原因。另外，濕接縫在橋跨中所處的位置、合龍段預應力鋼筋的布置方式、新老混凝土結(jié)合面的處理方式及其普通鋼筋配筋率等均是造成濕接縫破壞的內(nèi)部因素。

節(jié)段施工法解決了橋梁跨越大江、大河及深谷時難以搭設支架的問題，是大跨預應力混凝土斜拉橋(以下簡稱PC 斜拉橋)主梁架設的最主要方法之一，其優(yōu)越性普遍得到橋梁工程師的認可和接受。節(jié)段施工法主要包括節(jié)段懸拼和節(jié)段懸澆，主梁節(jié)段之間的接縫通常有3 種形式：環(huán)氧接縫、干接縫及濕接縫。環(huán)氧接縫是在節(jié)段間涂抹一層很薄的環(huán)氧樹脂，厚度通常為0.8mm~1.6mm；干接縫是相鄰節(jié)段直接接觸，不采用任何粘結(jié)劑，但通常會在相鄰節(jié)段端面上設置專門的剪力鍵；濕接縫是通過對混凝土結(jié)合面進行施工預處理(如鑿毛、刻槽等)來實現(xiàn)新老混凝土的連接，在實際工程中的應用也較為廣泛，特別是在橋跨合龍或施工誤差糾正的場合。毋庸置疑，接縫的存在破壞了節(jié)段間混凝土的連續(xù)性，往往成為PC 斜拉橋結(jié)構受力的薄弱部位，對結(jié)構極限承載力和長期使用性能都有很大的影響。干接縫和環(huán)氧接縫的性能研究相對較多，而濕接縫的研究相對較少。已有的一些試驗研究結(jié)果表明，濕接縫混凝土的抗拉強度降低系數(shù)平均達0.53 左右，濕接縫處的混凝土澆筑質(zhì)量、新老混凝土結(jié)合面的鑿毛質(zhì)量以及預應力度均對其有影響。同時，濕接縫混凝土的抗剪強度約為一次性澆筑的混凝土的80%，普通鋼筋配筋率的增加不能有效地提高新老混凝土結(jié)合面的抗剪強度，但卻能有效地提高其抗拉強度(或稱結(jié)合能力)。另外，接縫鑿毛能有效地提高新老混凝土結(jié)合面的抗剪強度。然而，實際施工中常常忽視對濕接縫質(zhì)量的控制，眾多質(zhì)量不良的濕接縫的存在是造成既有大跨預應力混凝土橋梁的長期下?lián)系闹匾蛩刂弧?/p>

運營期濕接縫應力狀態(tài)惡化分析

（1）拉索松弛：

隨著運營時間的累積，拉索通常會發(fā)生松弛，這是預應力混凝土斜拉橋常見的問題。永和大橋運營時間近20 年，主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間的濕接縫開裂時尚未進行換索，為我國同時期修建的斜拉橋中最后一座未經(jīng)換索的橋梁。受限于當時的拉索生產(chǎn)技術，其鋼絲的力學性能是偏低的。因此，也必然存在一般斜拉橋容易出現(xiàn)的拉索松弛現(xiàn)象。拉索鋼絲作為預應力材料的一種，其產(chǎn)生的松弛現(xiàn)象可直觀表述為：拉索鋼絲長度固定不變，鋼絲應力卻隨時間推移而逐漸降低，直觀描述就是索力降低，由于索與索之間的高度相關性，松弛會導致全橋索力重分配，但索力重分布的規(guī)律卻是相當復雜的。

（2）混凝土的收縮徐變

混凝土的收縮徐變與構件的加載齡期、徐變系數(shù)的數(shù)學表達式、構件所處環(huán)境狀況以及徐變的計算時間等有關。

（3） 多因素綜合作用下濕接縫混凝土應力狀態(tài)變化

大橋運營期間除上述影響因素外，導致主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間的濕接縫混凝土應力狀態(tài)變化的因素還可能包括主梁預應力損失、主梁剛度退化等。運營時間越長，其影響因素可能也越多越復雜。鑒于此，采用常規(guī)的方法很難定量地分析濕接縫混凝土應力狀態(tài)的變化。若依據(jù)大橋當前的結(jié)構參數(shù)(包括索力、橋面線形及塔頂偏位等)的檢測結(jié)果，可近似模擬結(jié)構現(xiàn)狀，即綜合考慮運營期間的多種因素對接縫混凝土應力狀態(tài)的影響。實際上，這也是一種近似或等效。

濕接縫的構造因素分析

（1）主跨合龍段預應力鋼筋的錨固方式如圖 3 所示，主跨合龍段預應力筋的錨固方式使得合龍段的預應力形成一個自相平衡的體系，盡管設計上力圖使主跨跨中獲得雙倍的預應力效果，但卻明顯存在這樣的缺陷：不采用通長束的做法使得合龍段與預制節(jié)段之間的結(jié)合能力得不到保證，一側(cè)的預應力為另一側(cè)所平衡掉，作用在新老混凝土結(jié)合面上的預應力幾乎為0，這樣，合龍段預應力鋼筋就如同普通鋼筋一樣僅起構造連接作用，不能有效地增加濕接縫混凝土的壓應力儲備。

（2） 濕接縫的位置影響

永和大橋中的濕接縫主要用于橋跨合龍，其壓應力儲備方式明顯不同于主梁預制節(jié)段拼裝時所采用的環(huán)氧接縫。正如圖4所示，環(huán)氧接縫的壓應力儲備還在很大程度上還受到斜拉索水平分力的作用，而主跨的濕接縫卻位于最長索(即C11 索)的外側(cè)。這樣，斜拉索的水平分力無法為濕接縫提供壓力，甚至有時還可能對其應力狀態(tài)有消極的影響。

（3） 濕接縫的施工質(zhì)量

新老混凝土的結(jié)合能力還與結(jié)合面的處理方式(鑿毛、刻槽等)及普通鋼筋的配筋率有關。根據(jù)永和大橋原設計圖紙可知，主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間的濕接縫處的普通鋼筋含筋率僅為0.5%，按照寧波招寶山大橋加固重建工程的經(jīng)驗，這會導致新老混凝土的結(jié)合能力不足。況且，從永和大橋主跨合龍段拆除后的實際情況來看，濕接縫處新老混凝土的結(jié)合面并未進行過特別的處理，表面光滑，而且結(jié)合面的實際普通鋼筋遠遠沒有達到設計圖紙中所要求的數(shù)量，如圖5 所示。

破壞主要原因

從受力角度來看，節(jié)段式橋梁接縫的作用就是傳遞剪力、軸力及彎矩。對于像永和大橋這樣的漂浮體系斜拉橋而言，主跨合龍段附近的濕接縫所受的軸力和剪力并不大，而最令人擔心的還是彎矩，該橋濕接縫的破壞形態(tài)也驗證了這一點。通過前述分析，主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間濕接縫的破壞主要由以下幾個方面因素造成的：

(1) 長期超載運營是造成濕接縫開裂的最主要、最直接的外部因素?；钶d對主跨合龍段與相鄰預制節(jié)段之間的濕接縫受力有顯著影響，而濕接縫的混凝土強度很難達到像整體澆筑的混凝土那樣的程度，其抗拉強度降低是必然的。當超載量達到臨界車重后，濕接縫混凝土發(fā)生開裂，在長期超載車輛反復作用下，裂縫不斷擴展而加深加寬，造成下緣的普通鋼筋甚至預應力鋼筋斷裂。值得注意的是，本文計算中并未考慮多輛重車同時過橋的情況，而交通量調(diào)查結(jié)果顯示，該橋?qū)嶋H運營中存在多輛重車連續(xù)過橋的情況，甚至橋面上布滿了重車，車與車之間間距很小，因此，實際的狀況可能更糟。故永和大橋不僅存在超載現(xiàn)象，而且其超載量足以使?jié)窠涌p混凝土開裂。

(2) 運營期間拉索的松弛、混凝土的收縮徐變、主梁縱向預應力有效性的降低、主梁剛度的退化等均是造成濕接縫破壞的不可忽略的外部因素。永和大橋結(jié)構現(xiàn)狀模擬的計算結(jié)果表明，這些因素綜合在一起會導致濕接縫混凝土應力狀態(tài)明顯惡化。

(3) 主跨合龍段附近的濕接縫在橋跨中所處的位置、合龍段預應力鋼筋的交叉錨固方式等對保證濕接縫的壓應力儲備均無太大幫助，而實際施工中又往往忽視對新老混凝土結(jié)合面的處理及普通鋼筋的配置，這些均屬造成濕接縫破壞的內(nèi)部因素。通過上述分析，建議今后應充分重視濕接縫在節(jié)段式橋梁受力中的“特殊地位”，設計中應考慮到濕接縫混凝土強度降低而盡可能預留出足夠的應力儲備，同時合龍段預應力筋應優(yōu)先考慮通長束，即跨越過合龍段附近的濕接縫再行錨固，另外還應適度提高濕接縫處普通鋼筋的配筋率。施工中應重視新老混凝土結(jié)合面的正確處理，對接縫處混凝土的密實度及澆筑質(zhì)量應進行嚴格控制。此外，養(yǎng)護運營期間嚴格控制超載超限車輛是至關重要的，當斜拉橋結(jié)構狀態(tài)發(fā)生明顯偏離時，應及時考慮采用調(diào)索等措施來避免結(jié)構混凝土應力狀態(tài)的過度惡化。