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项目建议书
河北省交通运输厅科技计划项目
申请书
（科研项目）
项目或课题名称：
先简支后连续梁桥纵向连接的评估技术研究
项目类别：
承担单位：
河北省交通运输厅公路管理局
协作单位：
交通运输部公路科学研究所
归口申报单位：
申报日期：
河北省交通运输厅制订
1、研究的目的、用途、和意义
1研究意义与目的
截止2013年底，我国在役桥梁超过70万座，是世界桥梁数量最多的国家。
在各类公路桥梁中，混凝土桥梁占90%以上，其中绝大多数是梁式桥。
虽然我国在役梁桥具有完善的养护体系，仍偶有桥梁倒塌，及时有效地进行混凝土梁式桥技术状况评估，是桥梁养护管理工作的重中之中。
河北省环绕京津地区，公路交通十分重要。
河北省处于华北平原地区，混凝土梁式桥是主要桥型，且单跨20~40m的装配式混凝土T梁或小箱梁桥，且较多采用先简支后连续体系。
对于该类桥梁，梁体一般按照交通部颁布的通用标准生产制作，质量较好。
然而，桥梁的横向和纵向连接构造，均为现场浇筑完成，施工质量控制难度较大。
大量桥检资料表明，横向连接（主要为横隔梁）和纵向连接（主要为先简支后连续体系中的墩顶湿接头）构造是最易产生病害的地方。
这些连接构造的病害往往使得桥梁的实际受力情况与计算模式不符，并进一步导致桥梁服役状况恶化。
目前，《公路桥梁技术状况评定标准》JTG/TH21-2011和《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004对于先简支后连续梁桥的纵向连接构造均只给出了简单的定性描述，使用时受工程技术人员的主观、经验影响较大。
在研究领域，关于混凝土梁式桥横向连接的研究已较多、较成熟，但关于纵向连接构造的技术状况评定，尚需补充。
因此，有必要通过调研河北省先简支后连续梁桥的使用现状，以典型的T梁或箱梁桥的纵向连接墩顶湿接头（以下简称“墩顶湿接头”）为研究对象，开展纵向连接构造技术状况评定技术的研究，剖析纵向连接病害或损伤对桥梁承载性能的影响，为JTG/TH21-2011的使用提供定量性的检测指标、完善评定方法，提高河北省公路桥梁养管部门的技术水平，确保公路交通安全。
2项目背景与必要性
先简支后连续体梁桥体系在国外应用较早，最大跨度已达到80m（葡萄牙里斯本的伽玛桥的引桥）。
在国内直到20世纪80年代后，随着高速公路的发展，为改善行车的平顺性，才受到设计人员重视。
自从20世纪80年代以来，为改善桥面行车舒适性，河北省引进该类型桥梁，并取得了较好的效果，且目前仍是河北省公路桥梁新建中的主要桥型之一。
在先简支后连续桥梁中，通常采用预制的混凝土T梁或箱梁形成多跨简支梁桥，然后焊接墩顶接头预留钢筋、铺设桥面铺装，最终成为现浇混凝土连续梁体系。
早期，国内外众多研究主要关注与先简支后连续体系的结构性能，如梁体的内力分布、变形性能、长期性能（徐变）、冲击系数、施工工艺等。
近年来，随着既有桥梁检测评估及维修加固的增加，先简支后连续桥梁的病害形成机理已成为研究的重点，而其中现浇连续段作为该类桥梁中的受力薄弱环节，其工作机理和力学行为特征也受到了更多的关注。
因此，开展混凝土梁式桥纵向连接构造的评定状况研究，给出定量的检测指标及相应的评判标准，有利于补充和完善在役桥梁的技术状况评定方法，对于准确掌握桥梁服役状况、合理制定养管策略。
2、国内外技术概况、发展趋势及省内需求
2.1构造特征
先简支后连续体系的连接方式（湿接头）一般有两类，即桥面连续和结构连续。
其中，桥面连续主要对桥面铺装或T梁上翼缘进行连接，分为铰接连接和刚接连接两种，预制梁受力仍为简支受力，桥面连接不参与主梁受力。
结构连续具体有3种做法：
①现浇混凝土+普通钢筋连接，即普通钢筋混凝土连接；②现浇混凝土+普通钢筋+接头混凝土预压应力，即带预压应力的普通钢筋混凝土连接；③现浇混凝土+普通钢筋+后张预应力钢束，即预应力混凝土连接。
采用结构连续的桥梁，在受力上符合连续梁特征。
桥面连续的连接方式多用于跨径小、修建年代较早（20世纪90年代前）的低等级公路桥梁。
目前，先简支后连续桥梁中的湿接头型式主要以结构连续为主，且在跨径较小时多为普通钢筋混凝土连接，跨径较大时为预应力混凝土连接。
例如，在交通运输部2008年颁布的《公路桥梁通用图》中，建议的先简支后连续桥梁均采用了结构连续体系。
其中，对于跨径30m以下的，推荐采用普通钢筋混凝土连接，对于跨径40m及以上的，推荐采用预应力混凝土连接。
2.2病害及成因
关于湿接头的病害调查和成因分析，有一定数量的相关研究。
研究表明，在先简支后连续体系桥梁中，湿接头往往成为了此类桥梁中的薄弱环节。
针对运营阶段湿接头的病害及成因，国内外许多研究人员开展了较多研究，相关情况见表1所示。
可见，结构连续湿接头的典型病害是混凝土开裂，成因主要为施工质量不佳、预应力不足等。
表1湿接头的典型病害及成因
类型
病害
成因
桥面连续
桥面铺装连续
桥面铺装开裂
无钢筋或配筋较少，混凝土无法单独承担桥面荷载。
桥面板连续
桥面板开裂，钢筋锈蚀
负弯矩区没有预加力、配筋较少，在受到相邻梁体的弯矩和剪力作用下，混凝土发生破坏；车辆疲劳作用。
结构连续
现浇混凝土+普通钢筋
①湿接头梁段开裂；
②湿接头梁段混凝土不密实，有蜂窝、狗洞等；
③双排支座时，支座容易脱空
①临时支座的设置即拆除不合理；混凝土掺和料（如膨胀剂）用量不合理；混凝土养生不合理；新旧混凝土界面处理（凿毛）不到位；
②振捣不规范，有漏振或过振现象；水灰比太小；骨料粒径太大；钢筋间距过小；新旧混凝土界面处理（凿毛）不到位；预制梁（板）端面松动，导致湿接头混凝土浇筑质量差；
③双排支座时，结构受力不明确，湿接头部分局部受力过大。
现浇混凝土+普通钢筋+接头混凝土预压应力
①湿接头梁段开裂；
①预压应力不足；
现浇混凝土+普通钢筋+后张预应力钢束
①预应力钢束锈蚀；预应力筋与梁体握裹力不足时，钢绞线会出现松弛；锚具底部负担过重甚至破碎；
②湿接头梁段开裂；
③预应力孔道位置不准确；
④预应力孔道变形（偏孔、颈缩、堵塞），导致梁体受重载后挠度过大，导致预应力桥梁混凝土开裂甚至出现桥梁倒塌。
①孔道压浆不密实，压浆顺序不当，未设排气孔，制浆不符合要求，压浆中持压阶段不足；
②预应力钢束张拉时混凝土强度过低；预应力钢束张拉力较低，导致混凝土预压力过小；
③施工过程中，波纹管定位偏差较大；振捣导致波纹管位置偏移；
④波纹管质量差，成孔质量不好。
2.3检测和评估
尽管湿接头在先简支后连续体系梁桥中的重要性已很明确，但关于湿接头在发生病害和损伤、传力能力降低后的影响，相关的研究并不多。
2005年，中南大学的盛兴旺等对铁路先简支后连续梁的疲劳性能和抗裂性能进行了试验研究，通过3根模型梁的试验（跨度2×1.78m），分析了预应力法连续的两跨连续梁在正常使用极限状态下结构的刚度、典型截面（特别是湿接缝）混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变随疲劳循环的变化规律，指出重复加载可明显降低梁体刚度，并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变增大。
并且，他还开展了疲劳荷载对各关键截面混凝土抗裂性的影响研究，试验结果表明：
疲劳荷载可降低湿接头的抗裂强度，其影响程度约为10~20%；当重复荷载作用250万次后，梁的挠度交静载挠度增加约8~17%。
2009年，大连理工大学的胡铁明的试验研究指出：
中支座刚度的降低导致其曲率增大，且部分内力向跨中转移，使跨中弯矩和挠度表现为双增长趋势，所得原因为：
在疲劳荷载作用下，材料的疲劳损伤将使拉、压应变值及截面曲率持续增长，跨中挠度持续增大，亦即结构的刚度发生疲劳损失。
且刚度损失程度与其配筋量成反比。
目前，关于湿接头的检测和评估方法，开展的研究工作很少。
胡铁明在试验研究中，采用超声波探测法分析接头损伤与疲劳循环之间的关系，试验中，探点跨越两个湿接缝接头，其位置距梁底140mm，距中支座中心线200mm的原简支梁端部腹板上。
2006年，中南大学的周继华开展了装配式空心板连续梁桥纵向联结效应试验研究，通过在桥梁的一跨上集中布置试验荷载，加载稳定后测量荷载跨和相邻跨的挠度和应变值，最后通过荷载跨和相邻跨测试参数的校验系数的区别来分析荷载在纵桥向的分布情况，从而对桥梁纵桥向主梁的链接效应进行评价。
试验结果表明，跨中挠度的平均校验系数明显低于加载跨水平，说明桥梁纵向联系与理想的连续梁有一定差距，纵向连接的刚度为理想连续梁纵向联结刚度的70%左右，结构整体受力介于连续梁与简支梁之间，接近于理想的连续梁。
从上述有限的研究资料可见，由于湿接头损伤后导致其传力性能（主要是传递弯矩、剪力）降低（甚至丧失），使得原有的连续梁受力体系向多跨简支梁受力体系转变，可以表现为：
纵向荷载分布发生变化、桥跨变形（下挠）增大、刚度降低。
2.4规范和标准
针对先简支后连续桥梁的湿接头，现行的桥梁设计、施工、养护、检测及评定规范中相关规定见表2所示。
可见，作为重要的构造连接件，设计中是按照其能有效传递相邻梁体的弯矩和剪力考虑的，因此并未给出过多的规定。
在施工中，鉴于现浇连续段在先简支后连续体系桥梁中的关键作用，现行规范中予以了较详细规定，主要对湿接头混凝土的浇筑和后张预应力钢束施工等。
与设计和施工规范不同，在养护、检测和评定规范中，仅对现浇连续段的开裂给出了比较粗略的说明，尽管规范中也明确指出了现浇连续段是先简支后连续体系桥梁服役期间的重点检查部位之一，但并未进行细化规定，其中仅有定量标示了允（容）许最大裂缝宽度。
尤其在JTG/TH21-2011和JTG/TJ21-2011中，只交代了对于现浇连续段技术状况评定以及其对桥梁承载能力评定的大致原则，缺乏实际可操作性。
表2现行规范关于现浇连续段的养护、检测及评定的内容
规范、标准
详细内容
《公路钢筋凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004
9.3.16条预制梁混凝土与用于整体连接的现浇混凝土龄期只差不应超过三个月。
《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011
6.11.6条施工缝……处理应符合下列规定：
1、处理层混凝土表面的松弱层应予以凿除。
对处理层混凝土的强度，当采用水冲洗凿毛时，应达到0.5MPa；人工凿毛时，应达到2.5MPa；采用风动机凿毛时，应达到10MPa。
2、经凿毛处理后的混凝土面，应采用洁净水冲洗干净。
16.4.1条……装配式桥施工的一般要求应符合下列规定：
……6、分段拼装梁的接头混凝土或砂浆，其强度应不低于构件的设计强度；……
16.4.10条先简支后连续的梁，其施工应符合下列规定：
1、先简支安装的梁，除应符合第16.4.9条规定外，尚应设置临时支座进行支承。
在一片梁中，临时支座顶面的相对高差不应大于2mm。
2、简支变连续的施工程序应符合设计规定，且应在一联梁全部安装完成后方可进行湿接头混凝土的浇筑。
3、对湿接头处的梁端，应按施工缝的要求进行凿毛处理。
永久支座应在设置湿接头底模之前安装。
湿接头处的模板应具有足够的强度和刚度，与梁体的接触面应密贴并具有一定的搭接长度，各接缝应严密不漏浆。
负弯矩区的预应力管道应连接平顺，与梁体预留管道的接合处应密封；预应力锚固区预留的张拉齿板应保证期外形尺寸准确且不被损坏。
4、湿接头的混凝土宜在一天中气温相对较低的时段浇筑，且一联中全部湿接头应一次浇筑完成。
湿接头混凝土的养护时间应不少于14d。
5、湿接头按设计要求施加预应力、孔道压浆且浆体达到规定强度后，应立即拆除临时支座，按设计规定的顺序完成体系转换。
同一片梁的临时支座应同时拆除。
6、仅为桥面连续的梁、板，应按设计要求进行施工。
《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004
3.3.5条装配式梁桥应注意检查联结部位的缺损状况：
……预制桥面板之间的接头处混凝土有无开裂、渗水。
表3.5.2-4裂缝限制：
钢筋混凝土梁，横隔板和梁体端部，允许最大缝宽0.30mm。
4.2.1条钢筋混凝土梁桥常见病害及采用的处理方法：
……梁（板）体的横、纵向联结件开裂、断裂、开焊，可采取更换、补焊、帮焊等措施修补。
《公路桥梁技术状况评定标准》JTG/TH21-2011
无
《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/TJ21-2001
6.1.2条桥梁结构检算……可根据桥梁检测结果……进行检算。
条文说明结构检算时……应根据结构的预应力状况……和开裂状况等方面的检测评定结果，对模型的边界条件、结构初始状态等进行调整。
6.4.1条混凝土梁桥检算……连续梁墩顶负弯矩……
表7.3.4裂缝限制表：
钢筋混凝土梁，横隔板和梁体端部，容许最大缝宽0.30mm。
2.5小结
综上所述，现浇连续段的构造及建造方式也较为成熟，服役过程中的典型病害和成因也区域明确。
但是，如何对湿接头的工作性能（传力性能）进行有效地检测和评定，并考虑其对桥梁上部结构（梁体）承载能力的影响，以现有的标准规范体系尚无法完成。
因此，有必要在研究现浇连续段的工作特性基础上，建立一套检测指标体系及提出相应的检测方法，完善和提出对该类连接构造的可靠性评定方法。
参考文献：
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重庆交通大学,2008.
3、主要研究开发内容、技术路线、研究创新点及技术关键
1技术路线
重点针对先简支后连续梁桥现浇连续段，通过调查研究、理论分析、仿真计算以及依托工程验证，探讨湿接头技术状况的可靠性检测、评估方法，提出可靠性检测指标以及评估指标，建立相应的检测、评估技术。
拟采取的技术路线如下图所示。
图1技术路线图
2研究内容及关键技术
研究内容包括：
（1）先简支后连续梁桥纵向连续段构造与典型病害调研。
（2）纵向连接构造的结构体系受力性能的影响研究。
（3）纵向连接构造的典型病害对先简支后连续桥梁的影响研究。
（4）纵向连接构造的评估技术研究。
关键技术包括：
（1）先简支后连续梁桥纵向连接工作状态指标及检测方法；
（2）纵向连接构造对桥梁承载能力的评定方法。
3创新点
（1）提出了先简支后连续梁桥纵向连接工作性能的检测指标；
（2）提出了先简支后连续梁桥纵向连接技术状况的评估技术。
4、实验规模、研究地点及项目完成后达到的主要技术经济指标
1实验规模及研究地点
（1）开展先简支后连续梁桥的服役状况调查研究，掌握河北省的先简支后连续梁桥纵向连接构造的结构型式和典型病害。
地点：
河北省。
（2）开展数值仿真分析，研究纵向连接构造的力学性能，以及其对桥梁承载能力的影响，提出检测指标和评估技术。
地点：
北京市、河北省。
2项目完成后达到的主要技术经济指标
通过本项目的研究，预期取得以下成果：
1）先简支后连续梁桥纵向连接构造的评估技术研究报告
2）河北省先简支后连续梁桥纵向连接构造技术状况评定指南。
5、成果应用前景、经济、社会、效益预测
1市场需求前景及推广应用领域
河北省公路运输蓬勃发展，交通量与日俱增，公路建设也初具规模，桥梁检测评估及维修养护任务日渐繁重。
加上近年来，桥梁的垮塌事故屡有发生，不仅产生了巨大的经济损失，更有着血的教训。
在经济飞速发展的形式下，河北省的桥了正经受着新时期的严峻考验。
通过本项目研究，可为全省公路桥梁中的先简支后连续梁桥的检测评估提供指导，并对维修改造与养护管理工作提供有针对性的支撑技术，将隐患消灭于无形，保卫人民生命和财产安全。
研究成果的市场需求和推广应用前景相当广阔。
2拟达到的技术水平及在全省经济和交通建设发展中的作用
该课题研究内容丰富，国内的相关系统的研究起步较晚。
课题研究将本着科学、实用、创新的目标，在深入研究和分析的基础上，提出相应的指南，从而提高河北省在该领域的技术水平。
项目研究成果拟达到国内领先水平。
6、前期工作基础及支撑条件
1河北省交通运输厅公路管理局
河北省交通运输厅公路管理局是我省高速公路的建设、养护及管理部门，通过多年的积累，基本掌握了全省公路桥梁的服役状况，对我省的桥梁典型病害具有较好认识。
1交通部公路科学研究所
交通运输部公路科学研究院是交通部直属的公路科研机构，是我国规模最大的公路交通领域多学科、综合性技术研究开发基地。
主要从事道路工程，桥梁工程，交通工程与智能交通，公路运输工程，汽车运用工程，公路环境工程的科学研究与技术开发工作。
全所拥有位居亚洲第二的交通部公路交通试验场、2个国家级试验检测中心、6个部级研究中心、6个检测试验中心，3个交通行业重点实验室，共设九个研究室，拥有齐全、先进的试验和测试设备，主要承担国家和交通部下达的重大科技项目，国家级和部级技术标准、规范的制订等任务。
全所共获科研成果602项（自1978年），其中国家和省部级科研成果奖励226项，该所科研力量雄厚，拥有工程院院士1人，博士生导师5人，博士30余人，硕士90余人，有高级和中级技术职称的人员占全所总人数的60%以上。
科研经验丰富，试验设备先进，具有丰富的技术储备。
近两年来，我院完成国家重大科技攻关项目5项，08年新承担国家自然科学基金项目3项，交通部下达的重大科研任务近30项，承担国家与部级交通行业标准规范的制定、修订工作及研究课题190项。
自2007年至2008年我院共获科研成果150项，共获得国家和省部级科技进步奖38项。
其中“公路养护关键技术及系列装备的研究”项目于2005年获国家科技进步二等奖，“公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用”获09年国家科技进步二等奖。
交通部交通运输部公路科学研究院已建成的实验室和研究中心，以及这些年来公路工程示范工程的研究与建成都为本项目的实施提供了可借鉴的经验，也为较好地完成本项目打下了坚实的基础。
7、计划进度（按半年进度安排、明确半年内完成的阶段成绩）
本项目计划历时1年，年度进度计划初步安排如下：
（1）1～2个月，编制项目实施大纲与研究要求，组织实施有关调研工作。
（2）3～4个月，组织实施有关研究工作，整理调研资料，撰写研究报告。
（3）5～11个月，进行各项内容的研究工作。
（4）11～12个月，资料全面汇总，报告出版，组织项目结题、验收以及鉴定。
8、参加联合申请的各单位的分工
本项目承担单位为交通运输部公路科学研究院和河北省交通运输厅公路管理局，具体分工如下：
（一）河北省交通运输厅公路管理局
负责项目整体安排，协调调研区域及项目，协助完成部分试验工作负责及协调项目各专题主要研究工作。
（二）交通运输部公路科学研究院
1）交通运输部公路科学研究院主要负责项目的组织管理、计划进度安排和项目实施；
2）负责项目总体研究方案（研究大纲）制定和工作任务分配；
3）定期组织联合体成员单位对项目进度和阶段性成果进行检查和督促，以及阶段研究报告的汇总和汇报；
4）负责与有关依托工程的联系以及应用示范的实施；
5）负责项目经费的管理和分配；
6）负责项目验收鉴定的组织安排。
9、项目负责人及主要研究人员
姓名
年龄
单位
职务或职称
课题组职务
吴寒亮
35
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
蔡曙日
35
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
刘京
40
交通运输部公路科学研究所
工程师
主要研究人员
刘智
29
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
郭毅霖
30
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
何小钰
30
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
刘静
32
交通运输部公路科学研究所
副研究员
主要研究人员
李静
45
交通运输部公路科学研究所
工程师
主要研究人员
10、项目资金概算
（1）经费概算
经费投入概算
科目
科目
金额（万元）
省厅拨款
20.0万
合计
20.0
其它拨款
0.0
土建费
2.0
部门贷款
0.0
仪器、设备购置费
1.2
银行拨贷款
0.0
材料、燃动费
1.5
地方拨贷款
0.0
加工费
1.0
国际资助贷款
0.0
试验费
2.0
单位自筹
0.0
管理费
1.6
借款
0.0
劳务费
3.0
引进软、硬件费
0.0
国内、外调研费
2.0
鉴定验收会费
3.0
合计
20.0万
其他
2.7
注：
“其它”一栏是在与几栏内容均不相同时具体填写
（2）资助方式及金额
资助方式：
偿还额：
万元
申请单位意见
签字（盖章）：
归口单位意见
签字（盖章）：
专家论证意见
省厅审批意见
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