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1、某预应力混凝土连续箱梁特大桥某预应力混凝土连续箱梁特大桥主桥右幅事故及结构分析主桥右幅事故及结构分析一、工程慨况工程慨况某特大桥总长某特大桥总长1483m,双向双向6车道，其中跨河段主桥上部结构为车道，其中跨河段主桥上部结构为3孔孔47m+75m+47m预应力混凝土变截面连续刚构，半幅桥面宽预应力混凝土变截面连续刚构，半幅桥面宽17m，底板宽，底板宽8m，各侧悬浇块体，各侧悬浇块体9块，块，10#块为合拢块，总体施工顺序先右幅后左幅，原在2004年12月24日己具备中跨合拢，由于气温均低于10，没有及时合拢。于2005年2月24日晚浇注合拢段砼，3月5日开始张拉中跨合拢段预应力束，块为合拢块，
2、总体施工顺序先右幅后左幅，原在2004年12月24日己具备中跨合拢，由于气温均低于10，没有及时合拢。于2005年2月24日晚浇注合拢段砼，3月5日开始张拉中跨合拢段预应力束，3月月7日张拉完成后底板出现开裂。日张拉完成后底板出现开裂。第一次中跨合拢段施工第一次中跨合拢段施工合拢束张拉后底板合拢束张拉后底板 9、10块体预应力束部位有部分混凝土与底板混凝土崩离拱起明显破损，且沿着底板预应力束方向有裂缝展开至块体预应力束部位有部分混凝土与底板混凝土崩离拱起明显破损，且沿着底板预应力束方向有裂缝展开至8块，并延伸至块，并延伸至7块前端约块前端约1m段有细微纵向裂纹；段有细微纵向裂纹；1、本次破坏情
3、况描述及破坏机理初步分析、本次破坏情况描述及破坏机理初步分析1.1、破坏情况描述、破坏情况描述从锯开的断面破坏情况看，从锯开的断面破坏情况看，910、89块体接头断面破坏严重，块体接头断面破坏严重，10、9块全部、块全部、8块大部波纹管区开裂贯通，块大部波纹管区开裂贯通，9#块最严重，底板已分成上下两层，在靠近腹板的短束位置（第块最严重，底板已分成上下两层，在靠近腹板的短束位置（第4道）波纹管两侧间砼部分呈粉碎状，其它部分为斜向开裂，向内侧长束方向逐渐减小。道）波纹管两侧间砼部分呈粉碎状，其它部分为斜向开裂，向内侧长束方向逐渐减小。10块中间段块中间段上面层劈裂上面层劈裂10块中间段块中间段1
4、410块中段块中段9块断面块断面破坏最严重断面破坏最严重断面10块中段块中段9块块9块断面块断面9块断面块断面9块断面块断面4由泊松比效应而产生的拉应变由泊松比效应而产生的拉应变轴向压力轴向压力N由泊松比效应次生的由泊松比效应次生的拉应力拉应力由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝9块断面块断面9块断面块断面9块断面块断面9块断面块断面9块断面块断面劈裂延伸缝非波纹管区有效截面大则压应力小而没有破坏劈裂延伸缝非波纹管区有效截面大则压应力小而没有破坏9块断面块断面非波纹管区有效截面大则压应力小而没有破坏非波纹管区有效截面大则压应力小而没有破坏8块
5、断面块断面8块断面块断面8块断面块断面通到底板上的纵向裂缝通到底板上的纵向裂缝8块断面块断面通到底板上的纵向裂缝通到底板上的纵向裂缝8块断面块断面4在在87块段上下开裂宽度逐渐减小，接近块段上下开裂宽度逐渐减小，接近7块块1m处已没有贯通开裂，波纹管间开裂也逐渐减小，但在底板上还有明显纵向裂缝。到m处已没有贯通开裂，波纹管间开裂也逐渐减小，但在底板上还有明显纵向裂缝。到7块端部上下层砼已没有分离，只在靠腹板的短束附近块端部上下层砼已没有分离，只在靠腹板的短束附近48道波纹管间还有在较明显斜向开裂、底板上纵向有毛细裂缝。当锯到道波纹管间还有在较明显斜向开裂、底板上纵向有毛细裂缝。当锯到7块向内块
6、向内80cm处（原设计锯切面），截面大部分已没有开裂，只在齿板外侧cm处（原设计锯切面），截面大部分已没有开裂，只在齿板外侧26道波纹管间有斜向裂缝，而道波纹管间有斜向裂缝，而7块短束齿板部分由于截面较厚没有发现开裂情况。当锯块短束齿板部分由于截面较厚没有发现开裂情况。当锯2次次50cm到到7块向内块向内1.8m处大部分已没有开裂情况，只在齿板断面外3道波纹管间仍有少许细微裂纹，当人工凿除m处大部分已没有开裂情况，只在齿板断面外3道波纹管间仍有少许细微裂纹，当人工凿除70cm到到2.5m处彻底没有开裂情况。处彻底没有开裂情况。8块中段块中段8块中段块中段7块断面块断面7块断面块断面7块断面块断
7、面7块断面块断面7块断面块断面7块断面块断面7块进入块进入80cm位置位置齿板部分截面厚则应力小而没有开裂波纹管间还有斜向开裂、底板上纵向有毛细裂缝。齿板部分截面厚则应力小而没有开裂波纹管间还有斜向开裂、底板上纵向有毛细裂缝。典型的压应力产生拉应变而将结构劈裂典型的压应力产生拉应变而将结构劈裂7块进入块进入180cm位置位置还有少许细微裂纹还有少许细微裂纹1.2、1.2、破坏机理初步分析：破坏机理初步分析：根据破坏裂缝的开展规律来判断，本次开裂先从根据破坏裂缝的开展规律来判断，本次开裂先从9块与块与10块体交界面最后张拉的短束（从腹板向内第块体交界面最后张拉的短束（从腹板向内第4道）处最先破坏
8、，该处破损最严重，局部砼已呈粉碎状。然后应力重新分配沿道）处最先破坏，该处破损最严重，局部砼已呈粉碎状。然后应力重新分配沿横向横向薄弱面逐渐扩展至整过断面，同时从己破坏的断面沿薄弱面逐渐扩展至整过断面，同时从己破坏的断面沿纵向纵向薄弱面波纹管区段向块体延伸直至薄弱面波纹管区段向块体延伸直至7块体。初步分析总体压应力不超标，而是由于局部应力超大而使结构破坏，造成局部应力超大的原因有以下二方面因素：块体。初步分析总体压应力不超标，而是由于局部应力超大而使结构破坏，造成局部应力超大的原因有以下二方面因素：悬浇块体的底板按抛物线（或圆曲线）设计，但与合拢块底板交接面处均为明显折线过渡，此处的曲率半径悬
9、浇块体的底板按抛物线（或圆曲线）设计，但与合拢块底板交接面处均为明显折线过渡，此处的曲率半径R突变减小，从而使该处局部径向力突变减小，从而使该处局部径向力W=N/R明显比其它位置大许多，即该明显比其它位置大许多，即该截面径向力最大截面径向力最大。再就是该处底板截面厚度最薄，有效。再就是该处底板截面厚度最薄，有效截面最小截面最小，在相同纵向压力，在相同纵向压力N作用下该处作用下该处产生的压应力最大产生的压应力最大。悬浇块与合拢块底板交接面处的应力为。悬浇块与合拢块底板交接面处的应力为最不利组合最不利组合，该截面组合应力最大，由局部应力集中超标而导至结构从该截面破坏；，该截面组合应力最大，由局部应
10、力集中超标而导至结构从该截面破坏；1099NNR25cm径向力径向力W=N/R压力压力N压力压力N由泊松比效应次生的由泊松比效应次生的拉应力拉应力由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝由拉应力产生的拉应变而劈裂结构并产生纵向裂缝曲率半径突变减小曲面在轴向力作用下上拱产生拉应力而使上表面开裂曲率半径突变减小曲面在轴向力作用下上拱产生拉应力而使上表面开裂予应力张拉后的应力传递过程需要一段时间，在刚张完的予应力张拉后的应力传递过程需要一段时间，在刚张完的46小时间内，压力集中在局部而没能扩散至整体截面承受，这之前截面上的局部压应力已较高，加上最后产生的局部小时间内，压力集中在局部而没能扩散至整
11、体截面承受，这之前截面上的局部压应力已较高，加上最后产生的局部瞬间瞬间压力集中，且该区段波纹管密集，挖空面较大且底板厚度最小，该压力集中区段局部压力集中，且该区段波纹管密集，挖空面较大且底板厚度最小，该压力集中区段局部有效截面最小有效截面最小，所以在局部产生的压应力超标而使砼压碎，由于局部破坏而应力重新分布，沿已开裂的薄弱面传递而将结构劈裂。，所以在局部产生的压应力超标而使砼压碎，由于局部破坏而应力重新分布，沿已开裂的薄弱面传递而将结构劈裂。112234567891011CB6 CB5 CB4 CB6 CB5 CB4 CB3 CB2 CB1 CB3 CB2 PB2所以对底板合拢钢束滿布的所以对
12、底板合拢钢束滿布的7、8、9、10块进行块进行加厚加厚和在块体交接面处和在块体交接面处加设横肋梁加设横肋梁，有效地增大了受压截面积、降低了局部应力；同时在横肋梁中加设对波纹管孔道的吊筋，也有效地了提高了约束由于曲率半径突变减小而产生的较大径向力的能力。，有效地增大了受压截面积、降低了局部应力；同时在横肋梁中加设对波纹管孔道的吊筋，也有效地了提高了约束由于曲率半径突变减小而产生的较大径向力的能力。本次执行专家意见采取的本次执行专家意见采取的减束降底主跨底板压应力水平、加厚底板、加设横肋梁减束降底主跨底板压应力水平、加厚底板、加设横肋梁的修复措施有效地提高了防止局部应力超大而使结构破坏的能力，是这
13、次修复成功的重要保证。的修复措施有效地提高了防止局部应力超大而使结构破坏的能力，是这次修复成功的重要保证。2.1、在设置底板纵向合拢束配束应力计算时，不宜在底板中设置过大的压应力储备，根据类似桥梁的设计经验，最小压应力储备应在在设置底板纵向合拢束配束应力计算时，不宜在底板中设置过大的压应力储备，根据类似桥梁的设计经验，最小压应力储备应在1Mpa左右为宜。左右为宜。过大的压应力易在压力还没有均衡到整体截面承受时，在局部、瞬间压力集中区段超标而导致底板结构被压损。过大的压应力易在压力还没有均衡到整体截面承受时，在局部、瞬间压力集中区段超标而导致底板结构被压损。从本次从本次“解剖解剖”后的锯切面破坏
14、情况看，由于局部压应力大将砼压成粉碎状，所以后的锯切面破坏情况看，由于局部压应力大将砼压成粉碎状，所以适当减束降低压应力水平非常是正确的。适当减束降低压应力水平非常是正确的。2、建议在今后设计方面应考虑采用以下措施、建议在今后设计方面应考虑采用以下措施2.2、在进行局部应力验算计算截面受压面积时，应剔除施工阶段未灌浆情况下的孔道挖空面积，以及在施工阶段张拉过程有一个应力传递时差，在张拉后的一段时间内截面非整体受力，大部份张拉力产生的压力在一定时间内（预计在进行局部应力验算计算截面受压面积时，应剔除施工阶段未灌浆情况下的孔道挖空面积，以及在施工阶段张拉过程有一个应力传递时差，在张拉后的一段时间内
15、截面非整体受力，大部份张拉力产生的压力在一定时间内（预计46小时）集中在底板上而非全截面受力，该情况时平均压应力为底板的有效面积（扣除孔道挖空面积）上的压力，同时还应考虑最不利时在最后小时）集中在底板上而非全截面受力，该情况时平均压应力为底板的有效面积（扣除孔道挖空面积）上的压力，同时还应考虑最不利时在最后2束张拉后，该压力还不能均衡到底板整体截面，而集中在最后孔道两侧范围内时产生的局部瞬间应力是否超标。束张拉后，该压力还不能均衡到底板整体截面，而集中在最后孔道两侧范围内时产生的局部瞬间应力是否超标。为了防止以上不利情况，应在为了防止以上不利情况，应在结构构造上结构构造上采取以下措施：采取以下
16、措施：加厚底板、使其有足够的有效截面积受力减少压应力，加厚底板、使其有足够的有效截面积受力减少压应力，本次从本次从25cm增加到增加到30cm是非常必要和正确的。是非常必要和正确的。波纹管的间距不宜过小，应至少满足新规范波纹管的间距不宜过小，应至少满足新规范6cm的要求，以便增大波纹管密集区的有效截面。的要求，以便增大波纹管密集区的有效截面。2.3、由于块体间接头处均为折线型过渡，在予应力束配置最密集的跨中几个块体接头处径向力最大，径向力由于块体间接头处均为折线型过渡，在予应力束配置最密集的跨中几个块体接头处径向力最大，径向力W=N/R，在同样压力的情况下，因折线过渡段曲率半径突然减小而导致该
17、处径向力明显高于平缓段，所以该接头处径向力最大，与局部压应力集中组合时将产生最不利影响。从本次锯切断面看，在同样压力的情况下，因折线过渡段曲率半径突然减小而导致该处径向力明显高于平缓段，所以该接头处径向力最大，与局部压应力集中组合时将产生最不利影响。从本次锯切断面看，89、910块体接头处短波纹管（最后张拉束）处破坏最严重，块体接头处短波纹管（最后张拉束）处破坏最严重，本次修改设计在该接头处加设横肋梁本次修改设计在该接头处加设横肋梁并加设吊筋：并加设吊筋：有效地加强了该断面抗径向力能力和加大了截面减少了压应力；并加大该薄弱面的底板由径向力荷截在底板上产生的弯矩的抗弯能力；同时有效地了提高了约束
18、由于在轴向力作用下曲面上拱而底板失稳翘曲的能力；使结构整体刚度明显提高，该措施是非常正确的。有效地加强了该断面抗径向力能力和加大了截面减少了压应力；并加大该薄弱面的底板由径向力荷截在底板上产生的弯矩的抗弯能力；同时有效地了提高了约束由于在轴向力作用下曲面上拱而底板失稳翘曲的能力；使结构整体刚度明显提高，该措施是非常正确的。2.4、为了加强底板上下层钢筋骨架的整体性和提高抗崩能力，上下层钢筋间加设钩筋是非常必要的，尤其在波纹管布置区的波纹管间。目前同类桥梁设计的钩筋均为、为了加强底板上下层钢筋骨架的整体性和提高抗崩能力，上下层钢筋间加设钩筋是非常必要的，尤其在波纹管布置区的波纹管间。目前同类桥梁
19、设计的钩筋均为“”型开口筋，间距多为型开口筋，间距多为60 cm交叉设置。若单一设置从结构锚固方面看还不足，将弯钩向内弯曲成交叉设置。若单一设置从结构锚固方面看还不足，将弯钩向内弯曲成“”钩状更好。钩状更好。在底板中由于闭合箍筋施工不方便，宜均设计成在底板中由于闭合箍筋施工不方便，宜均设计成“钩筋钩筋”，可以适当加密布设。，可以适当加密布设。3、今后施工方面应考虑采取以下措施、今后施工方面应考虑采取以下措施3.1、中跨合拢束张拉时，不应连续不间断将全部合拢束一次拉完，应分中跨合拢束张拉时，不应连续不间断将全部合拢束一次拉完，应分2次张拉，最后次张拉，最后23“对对”束应作为第二批。第一批张拉完
20、成后将其孔道压浆，待浆体强度达束应作为第二批。第一批张拉完成后将其孔道压浆，待浆体强度达80以上时拆除吊架模板再进行第二批张拉，且最后一对应在前面张拉后以上时拆除吊架模板再进行第二批张拉，且最后一对应在前面张拉后46小时再进行。使已拉束的压力有一个时间充分传递均衡。第二批张拉时及拉后小时再进行。使已拉束的压力有一个时间充分传递均衡。第二批张拉时及拉后46小时中应对底板密切观察，若有异常响声应马上停止张拉，并仔细检查合拢段及两侧块体间有无裂缝开展。若发现开裂现象首先应采取放张部分张拉束的应急措施，防止损坏范围扩大。小时中应对底板密切观察，若有异常响声应马上停止张拉，并仔细检查合拢段及两侧块体间有无裂缝开展。若发现开裂现象首先应采取放张部分张拉束的应急措施，防止损坏范围扩大。