［摘要］本文從橋梁設計技術、施工技術和預應力材料等方面簡要介紹了我國預應力混凝土連續梁橋的發展，重點對預應力混凝土連續梁橋工程實踐中出現的主要問題、形成原因、敏感性分析及設計對策探討等作了簡要分析和論述。
關鍵詞 預應力 連續梁橋 技術發展 工程實踐 主要問題 敏感性分析設計對策

一、概況
自60年代中期在德國萊茵河上采用懸臂澆筑法建成Bendorf橋以來，懸臂澆筑施工法和懸臂拼裝施工法得到不斷改進、完善和推廣應用，從而使得預應力混凝土連續梁橋成為許多國家廣泛采用的橋型之一。
我國自50年代中期開始修建預應力混凝土梁橋，至今已有40多年的歷史，比歐洲起步晚，但近對年來發展迅速，在預應力混凝土橋梁的設計、結構分析、試驗研究、預應力材料及工藝設備、施工工藝等方面日新月異，預應力混凝土梁橋的設計技術與施工技術都已達到相當高的水平。
預應力混凝土連續梁橋是預應力橋梁中的一種，它具有整體性能好、結構剛度大、變形小、抗震性能好，特別是主梁變形撓曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適等優點。加上這種橋型的設計施工均較成熟，施工質量和施工工期能得到控制，成橋后養護工作量小。預應力混凝土連續梁的適用范圍一般在150m以內，上述種種因素使得這種橋型在公路、城市和鐵路橋梁工程中得到廣泛采用。目前我國已建成的有代表性的大跨徑公路和城市預應力混凝土連續梁橋如表1所示。
雖然本文論述的重點是設置支座的預應力混凝土連續梁橋，但有必要簡要介紹一下由T型剛構體系與連續梁體系結合而成，采用薄壁柔性橋墩、墩梁團結的預應力混凝土連續剛構橋。這種橋型上部結構的受彎性能與連續梁基本相同。由于墩梁固結，主墩不設支座，順橋向抗彎剛度和根橋向抗扭剛度較大，能滿足特大跨徑橋梁的受力要求，從而使得預應力混凝土梁橋的跨徑適用范圍從連續梁橋的150rn左右，發展到300rn以上。表2列出目前世界上已建成的大跨徑預應力混凝土連續剛構橋。

二、我國預應力混凝土連續梁橋的發展
1.橋梁設計技術
（1）主要設計規范
a.1978年交通部頒布了我國第一部《公路預應力混凝土橋梁設計規范》，該規范按單一系數極限狀態設計理論編制，比以往采用的破壞階段理論規范前進了一步。
b．1985年交通部頒布了《公路橋涵設計規范》，其中《公路鋼筋混凝土預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85將單一系數改成多系數，以塑性理論為基礎作強度極限計算，以彈塑性或彈性理論為基礎作正常使用極限計算。
85規范原則上是參照1978年CEB-FIP的《國際標準規范》，即《Medelcodeforcon－
creteStrUctures》編制的。
c.JTK023－85規范允許橋梁構件按部分預應力混凝土（ppc）設計。
·A類構件--在短期荷載作用了截面受拉邊緣允許出現拉應力，但拉應力值不超過規范中的規定限值，如有些箱梁的頂板橫向預應力是按A類構件設計的。
·B類構件--在短期荷載作用下，截面受拉邊緣允許出現裂縫，即拉應力值超過規范中的規定限值，目前在大跨徑預應力箱梁橋設計中未見采用。
·PPC構件具有節約鋼材、降低造價、能減少由預應力引起的反拱度、改善結構受力性能等優點，已在一般公路橋梁和城市橋梁工程中逐步推廣應用。
2）橋梁結構分析專用軟件和CAD技術
a.自70年代后期以來，我國橋梁結構分析專用軟件和CAD技術得到大力開發和應用。其中包括采用有限元法編制的橋梁通用綜合程序以及許多橋梁專用程序，實現設計、計算。繪圖一體化，大大提高了計算精度和速度，特別是用于大量重復計算、局部應力分析、設計方案優化。大跨徑預應力混凝土橋梁的結構分析設計軟件開發和推廣應用，適應了我國橋梁建設高速發展的需要。
b.計算機技術已被廣泛應用于大跨徑預應力混凝土連續梁橋的施工控制。使得成橋后的線型平順，符合橋梁的縱向設計標高；橋梁結構的受力狀態能與設計計算一致。
2.橋梁施工技術
（1）在我國中小跨徑的預應力混凝土連續梁橋施工中，除了最古老的支架現澆方法外，還采用了先簡支后連續、頂推法、移動模架逐孔澆筑法、移動導梁逐孔拼裝法和梁體預制浮吊安裝法等施工技術。
（2）平衡懸臂拼裝施工法和平衡懸臂澆筑施工法的采用促進了預應力混凝土連續梁橋的發展。
大跨徑預應力混凝土連續梁橋大多采用懸臂澆筑法施工。根據連續梁橋的特點，采用逐段平衡懸臂澆筑，先形成T構，再逐跨合龍，逐跨釋放臨時固定支座，完成體系轉換，最終形成多跨預應力混凝土連續梁橋。
大跨徑預應力混凝土連續箱梁廣泛采用掛籃進行懸臂澆筑施工。常用的掛籃形式有偏架式和斜拉式。隨著施工技術的進步，掛籃結構向著輕型化的方向發展，盡可能采用構造合理、受力明確、自重輕、利用系數高、使用安全方便，具有良好技術經濟指標的掛籃。例如，上海黃浦江奉浦大橋等工程采用的菱型掛籃就是其中之一，該掛籃總重僅50t，利用系數為4.0
3高強度預應力鋼材、高標號混凝土和大噸位預應力錨固體系的研制開發和應用，促進了大跨徑預應力混凝土連續梁橋的發展。
在80年代后期，國內開始生產18edMPa的低松弛預應力鋼絞線，加上與其配套的大噸位預應力錢具和張拉設備的研制成功．C50與C60混凝土的應用，使得預應力連續梁橋結構輕型化，跨越能力得到很大提高。在這以前，我國大量采用16000MPaφ5的高強度碳素鋼絲和與其配套的鋼質錐形錨（即F式錨具）這種錨具的張拉噸位?。褂脮r的控制張拉力僅565kN，每張拉 10kN預應力需要的布柬面積約為 0.255cm2／kN;若采用 φj15.2～12型錨具．張拉10kN預應力所需的布 束面積約為0.096 cm2／kN；采用φj15.2～22型的錨具時，張拉10kN預應力所需的布柬面積約為 0.067cm2／kN。三者的比例為 1：0.38：0.26，由此可以看到，采用大噸位預應錨具體系后，使得預應力箱梁布柬范圍內的頂板、腹板和底板尺寸，設計時由原來的布柬控制改為受力控制和按構造要求控制，這樣，大大減小百箱梁斷面的尺寸，減輕了上部結構的自重。
箱梁混凝土及鋼絞線的用量能夠大大減少，從而使得預應力結構設計更趨合理、經濟。若采用以往的鋼質錐形錨具，預應力混凝土連續梁的跨越能力大多在100m左右。隨著1860MPa鋼絞線和大噸位預應力錨固體系的應用，建橋施工技術的發展，目前，我國連續梁橋的最大跨徑已達165。連續劇構橋的最大跨徑達到270。，從而使得我國預應力混凝土梁橋的設計、施工技術進入世界先進行列。

三、預應力混凝土連續梁橋工程實踐中出現的主要問題、形成原因．敏感性分析和設計對策探討
1.預應力混凝土連續梁橋使用過程中存在的主要問題
在預應力混凝土連續梁橋，特別是大跨徑連續梁橋的施工或使用過程中，部分橋梁有時會出現這樣或那樣的問題，其主要問題是箱梁混凝土出現了不同性質的裂縫。
根據作者所知，在已建成的連續梁橋中，某些橋梁上部結構曾出現了部分裂縫，主要有箱梁頂板和底板的縱向裂縫；箱梁腹板的斜向裂縫。特別是靠近邊路現澆箱梁端部范圍的兩側腹板，出現近450的斜向裂縫?，F舉例如下：
（l）某公路大橋為三跨預應力連續梁結構。在中跨跨中近60m范圍內，箱梁底板下緣合龍段上緣出現縱向裂縫，最多的一個截面有 10多條，連續貫通，裂縫寬度 0.1～0.4mm。在兩只中墩左右的 1號節段底板，各有 1條長 2m對稱的縱向裂縫，裂縫寬度 0 2～0 3mm。在邊跨近橋臺的4～5個箱梁節段底板。出現不連續、較短的縱向裂縫，裂縫寬度0．1～0.2mm。
（2）某公路大橋為連續剛構一連續梁橋結構。該橋在每孔1／4梁跨處的上、下游箱梁內側腹板處，發現與頂板呈25°～45°的斜向裂縫，成橋早年后共發現百余條裂縫，最長約4m，最大裂縫寬度達1.8mm。
（3）某公路特大橋，在兩岸跨箱梁現澆端15m范圍的上、下游腹核內外側，對稱出現近45°的斜向裂縫，數量較多，最大裂縫寬度 0.4mm。
（4）某大橋連續梁結構部分采用單箱多室橫斷面，該橋箱梁集中在中間兩道豎直腹板靠根部處出現100多條外向裂縫。這些裂縫中，沿腹板厚度方向有一部分是貫穿的。其中縫寬 0.2～0.58mm的有 20多條。
從以上幾座預應力混凝土橋梁的裂縫來看，其性質大部為受力裂縫，且寬度較大。為保證這些橋梁的安全性和正常使用；以及結構的耐久性，有關方面曾對裂縫的成因作過一些分析。我們也可從中吸取教訓，以提高對這類問題的認識和重視，為今后從事預應力混凝土橋梁的設計、施工、管理和監理工作采取相應的對策。

2．裂縫形成原因分析
(1)目前我國大跨徑預應力混凝土連續梁橋的設計，大多是按照全預應力結構設計的，即在理論上要求結構不出現拉應力。 針對預應力混凝土連續箱梁結構而言，裂縫形成的原因，主要有以下幾方面：
a．在主橋總體設計中，跨徑比例、箱梁截面尺寸的擬定不合理；
b．結構設計抗彎剪能力不足；
c．對由預應力鋼束引起的附加力估計不足；
d. 對溫度應力重視不夠；
e.施工質量不好、其中包括混凝土澆筑與養生；施工順序與施工精度；預應力鋼來的保護層厚度達不到設計要求；支架與模板變形過大；預應力張拉力不足；灌漿不及時或其他質量問題等。
f材料質量--如混凝土的水泥及骨料品種、材料級配及計量誤差等問題。
（2）預應力混凝土橋梁工程中產生的裂縫，由于各種因素的相互影響，十分復雜。一般應對設計、施工及材料質量等方面著手調查分析，看問題發生在哪一個環節上，并根據結構裂縫的位置、方向、縫寬、裂縫長度與深區、裂縫間距等現象作為依據，進行分析。
本文重點談一下如何從設計方面進行檢查分析，其中主要有：
a．對可能產生結構裂縫原因的應力進行復核，諸如混凝土的拉應力、壓應力、剪應力、主拉應力及局部應力等。
b．應力復核結果是否超過設計規范規定的使用荷載作用下混凝土的法向應力、主拉應力值。
c.裂縫的部位和方向是否與所計算的應力方向一致。
d．對控制預應力混凝土箱梁設計的一些主要內容進行敏感性分析，如對縱向預應力布京設計方案、豎向預應力、箱梁高度、腹板高度、溫度應力等。
（3）混凝土主拉應力斜裂縫問題
預應力混凝土結構同普通鋼筋混凝土結構一樣，在受彎構件正截面強度有足夠保證的情況下，仍有可能沿斜截面破壞。在斜截面破壞前，總會先出現由彎短和剪力引起的主拉應力斜裂縫。預應力混凝土受彎構件由于預應力的存在，特別在縱向和豎向預應力的共同作用下，箱梁內的主拉應力大大降低，從而使得斜截面的抗裂性比普通鋼筋混凝土好。在合理進行縱向預應力鋼來布置和豎向預應力鋼筋設計的情況下，可以把使用荷載作用下的主拉應力控制在小于規范規定的混凝土抗拉強度（主拉應力）范圍內。然而設計人員必須注意 到：一旦結構出現斜裂縫，其承載能力將會降低，甚至會突然破壞。所以當主拉應力σZL＞0.5 （荷載組合I）或σZL＞0.5 （荷載組合Ⅱ及組合Ⅲ）時，必須按規范規定設置由計算所需的抗剪鋼筋。
（4）預應力混凝土連續箱梁橋的敏感性分析
a.縱向預應力鋼束布置方案
預應力混凝土箱梁通過縱向預應力鋼柬提供構件各載面的預壓應力，以保證各個截面的正截面強度。設計時通過對縱向預應力鋼束的合理布置，以提供和提高箱梁的斜截面強度?？v向預應力設計是預應力混凝土連續梁橋的核心問題。在敏感性分析中，通過對增加一對底板鋼束或減少一對底板鋼束的計算分析，結果表明：對結構截面正應力的影響程度較大，而對腹板加膠處主拉應力的影響不顯著?？梢赃@樣講，縱向預應力直線鋼束的多少主要關系到箱梁正截面強度的大小。敏感性分析同時表明，由于縱向預應力對各截面應力狀態的影響程度及其規律并不完全一致，設計時應給予充分重視。除了對各控制截面進行應力驗算外，還應做好對縱向預應力鋼束布束方案的優化和比較。
b.豎向預應力
通過對某大橋箱梁截面的豎向預應力敏感性分析表明：當設計的豎向預應力為100％時，在使用荷載組合Ⅲ作用下，該截面中和軸處的主拉應力σZL=-0.75MPa。豎向預應力損失
50％時，在使用荷載作用下，σZL =-1.90MPa，其值大于 0.55 = 0 .55 X 3.0=1.65MPa（注：50號混凝土）。此時應按σZL =-1.90MPa來配置箍筋，而不能按構造布置箍筋。若豎向預應力不起作用，即為零時，σZL =-3.00MPa，不能滿足JTJ023一85規范中σZL值小于0.9 =2.79MPa的要求。按該規定，應加厚腹板尺寸，重新設計。這就是說，在不考慮按構造配置箍筋的作用時，豎向預應力對主拉應力值的影響很大。
c.箱梁高度
預應力混凝土變截面連續箱梁橋，一般支點截面梁高取H支=（1／16～1/20）L，跨中截面梁高取H中=（1/30～1/50）L。通過變化梁高，使截面剛度隨著變化，箱梁結構的整體剛度也相應變化。梁高增加后，截面內的剪應力和主拉應力均有一定下降。
d．腹板厚度
預應力混凝土箱梁的腹板受力狀況很復雜，其中有影響主拉應力的正截面法向應力和剪應力；由剪力滯和畸變產生的法向應力和剪應力；由豎向預應力鋼筋產生的混凝土豎向預壓應力；由箱梁扭轉產生的剪力流等作用。由于箱梁腹板厚度尺寸一般較小，設計時取用腹板厚度應慎重。
通過對腹板厚度的敏感性分析計算，得知它對箱梁截面應力狀態的變化十分敏感。當腹板厚度稍有增加時，截面的正應力、剪應力和主拉應力均可得到較大改善。
e.溫度應力
根據氣溫變化對橋梁結構的作用，可劃分為體系溫差和溫度梯度（日照溫度差）兩種。體系溫差對靜定結構只引起結構的變位而不引起結構的溫度次內力或溫度應力；但對超靜定結構，將引起溫度次內力。
溫度梯度對混凝土梁橋的影響較大，除了與結構截面形狀和尺寸、橋面鋪裝層材料和厚度有關外，還與太陽輻射強度、橋址位置和方向、大氣層透明度、風速、地形地貌等諸多因素有關。 JTJ203-85規范中僅規定 T形混凝土連續梁由于日照引起橋面與其他部分的溫度差而引起的內力。在缺乏實測資料時，可假定溫度差+5°C（橋面板上升 5℃），并在橋面板內均勻分布。但規范對箱形截面連續梁橋的溫度應力及溫度梯度的取值未作明確規定和說明。該規定主要參照了日本橋規，我國規范偏于簡單化，未對溫度梯度進行系統的實測研究，制定出相應的溫度梯度曲線，計算結果往往偏于不安全。然而分析溫度應力對預應力混凝土連續箱梁橋的設計十分重要，例如，對同一座橋梁采用不同的溫度梯度模式計算得到的架內溫度應力相差很大，甚至會出現異號應力。如果溫度梯度模式選用不當，即使增大溫度差設計修，也不能保證結構的抗裂性。
溫度應力在橋梁設計中占有相當的比例，例如，上海一座40m＋65m＋4Om的三跨連續箱梁橋，在活載十恒載十支座沉降工況下，跨中下緣混凝土最終應力為10MPa的壓應力；而在活載十恒載十支座沉降十頂板均勻升溫5℃的工況下，跨中下緣混凝土最終應力為-0.8 MPa的拉應力。計算表明由溫度梯度產生的應力比活載產生的應力還要大。又如 70年代后期建成的加拿大格朗梅爾大橋，為三跨連續剛構，中跨 181.4m，在該橋加固階段設計中計算得出：10℃的線性溫差在橋梁跨中產生的正彎矩值相當于中跨兩條車道布載所產生的正彎矩。
本文由于篇幅關系，僅對上述幾個主要方面作了敏感性分析。
3.設計對策探討
預應力混凝土連續梁橋的裂縫問題涉及到設計、施工、監理等各方面，本文僅從設計方面作對策探討。
（1）橋梁跨徑布置和箱梁截面尺寸擬定
a.橋梁跨徑布置
預應力混凝土連續梁橋的邊跨與主跨比選用是否恰當直接影響到結構受力的合理性。若邊跨太大，則邊跨支架現澆梁段長度偏長，施工時要防止支架不均勻沉降。邊路一長其整體剛度偏小，在恒載與活載作用下，現澆段會出現較大的主拉應力，容易發生混凝土開裂；當在邊跨加載時對中跨箱梁的受力不利。若邊跨與中跨之比過小，則邊跨支點可能會出現負反力，使得邊墩與邊跨受力不合理。
在連續梁橋設計中，一般可以通過調整各跨的剛度．即合理取用相鄰跨長的不同比值來調整各截面的內力，以滿足設計的要求。對中小跨徑的連續梁橋而言，邊跨與主跨比一般取用0.5～0.8，這樣可以使中跨跨中不致產生異號彎矩，邊墩支點也不會出現負反力。對采用滿堂支架施工的連續梁橋，這跨取中跨長度的70％～80％是經濟合理的。但對采用掛籃懸臂澆筑法施工的大跨徑預應力混凝土連續橋而言，邊跨總有一段需采用支架現澆。為使連續梁結構的內力變化較合理和減少支架長度，設計時邊跨長度一般選用中跨長度的65％左右為宜。結合國內外部分大跨徑連續梁橋的工程實踐，作者建議邊跨與中跨的長度比一般控制在0.55～0.65o
b．箱梁斷面尺寸擬定
自大噸位錨具、1860MPa鋼絞線和高強度混凝土在大跨徑預應力混凝土橋梁中采用以來，箱梁的自重大大減輕，使得上部結構有條件向輕型化方向發展?，F行公路橋梁設計規范是采用極限狀態設計的，結構均應通過承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的計算。除此，對構造上及施工工藝方面的要求必須得到滿足。從作者了解到的一些出現裂縫的橋梁來看，有一些是與箱梁所選用的斷面尺寸安全儲備偏小有關。通過主拉應力的敏感性分析得知，若不設置豎向預應力鋼束或者豎向預應力失效，則必須加大腹板厚度尺寸，重新設計。若豎向預應力只考慮50％的效果時，計算所得的主拉應力仍會出現大于規范規定值的情況。這說明與腹板厚度尺寸的選定有一定的關系。另外現行設計規范中與此有關部分的公式一般"僅適用于等高度的簡支梁"，若用于連續梁時，應考慮一定的安全系數。這樣按公式計算得到的斜截面抗剪強度Qhk＋QW值應適當折減。反過來折減后的Qhk＋QW值對腹板厚度又有所要求。作者建議選定箱梁斷面尺寸時，除了注意梁高（H支和H中）的因素外，還應該重視腹板尺寸的優化。
（2）縱向預應力布束方案與預應力儲備
a. 縱向預應力布束方案
在本文三、1中列出的幾座出現剪切裂縫的預應力混凝土箱梁橋中，發現這樣一個共同點，就是在縱向預應力鋼束布置時往往偏重施工方便的要求，而忽視了對腹板下彎束和邊跨現澆箱梁端部一定范圍內腹板彎起束的有效利用問題。由于采用了在箱梁頂板和底板布置直線束，僅靠設置豎向預應力鋼筋來克服結構剪應力的布束方案，這必須建立在充分保證豎向預應力能夠達到設計要求的前提下。實際上箱梁腹板由豎向預應力鋼筋長度一般較短，鋼筋的張拉伸長量較小，施工時若發生少量的壓縮變形，將會產生較大的預應力損失；加上錨固系統和施工操作上的問題，一般很難保證設計所要求的預應力度。從對豎向預應力的敏感性分析來看，若箱梁斷面尺寸偏小一點，一旦豎向預應力不到位，則結構的主拉應力將超過規范的許可值，從而使結構應力處于不利狀態。
工程實踐證明：在采用直線束布置方案的同時，有必要在靠近箱梁支點附近的節段內，在腹板內布置部分下彎束，但噸位不宜太大，如用φj15.2-7～φj15.2-2，并同時在邊跨現澆段端部腹板內布置部分彎起束。由于這類預應力鋼束通過腹板，使得預壓應力容易均勻分布到全斷面上，是克服剪應力最有效的合理的布束形式，并可達到免費提供預剪力的效果。設計工程師可以通過合理布置縱向預應力鋼束，來改善箱梁版權的受力狀態；同時建議在邊跨箱梁端部將腹板的箍筋適當加密，直徑適當放大一些，這些措施對克服腹板的斜向裂縫是十分有效的。
b．預應力儲備
由于理論計算模式和計算結果往往與工程實際情況存在差異，加上一些在設計時難以計入的因素，因此在設計過程中，有必要考慮結構各個截面的應力要有一定的安全儲備，即對使用荷載作用下截面的正應力和混凝土主拉應力，提供一定的應力儲備，以便在設計上帶來可靠保證。
（3）預應力混凝土連續梁橋的設計要重視溫度應力
計算表明橋面局部升溫或降溫將會在結構中引起較大的內力變化，雖然這部分內力不是永久的，但卻是不可避免的。若考慮不當，溫度應力會造成支點附近和跨中斷面的裂縫。即使這些細微裂縫不至于影響結構的正常使用，但設計時必須給予重視。除了對這些截面進行必要的應力驗算滿足規范要求外，有必要采取一些構造措施，如在驗算截面附近布置一定數量的非預應力鋼筋，使得溫度應力分布均勻，控制溫度裂縫的產生或發展。另外還得考慮在支點和梁端處的硬板和底板內布置足夠的縱向鋼筋和箍筋，因為對于箱梁橫截面，腹板和底板在溫度作用下混凝土容易開裂。
（4）重視箱梁結構非預應力鋼筋的配置
縱向公布鋼筋或受力鋼筋，特別是箍筋對構件的抗剪、斜截面強度和主拉應力的貢獻很大。尤其在采用高強度混凝土情況下，箍筋的套箍作用十分顯著。

四．結語
預應力混凝土連續梁橋在我國的發展與應用雖然只有20余年歷史，但如今在公路、城市道路和鐵路建設中廣泛采用。目前我國無論在設計、施工、預應力材料和設備上都取得了很大進步和一定成就，然而與國際先進水平仍存在一定差距。今天，我們需要不斷地總結經驗、吸取教訓，在設計理論、設計規范、預應力材料和施工技術上不斷完善、不斷發展、勇于創新。相信通過大家共同努力，在21世紀一定能將我國預應力混凝土梁橋的設計、施工水平推向更新的高度。
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