细长预制预应力梁发生绕弱轴弯曲或过大挠曲，乃至预应力预制混凝土梁桥在施工现场吊装阶段发生倒塌，并非罕见事故。但在各类安全规范、指南及以往工程经验的指导下，如今是否仍会发生此类事故？答案是肯定的。原因何在？问题出在哪里？
长预应力梁的侧向失稳
预制混凝土梁或大梁广泛应用于各类项目，典型场景包括工业厂房、大型超市、仓库，以及由预制预应力混凝土构成的梁桥。材料性能提升、截面形式更加高效以及更大规格预应力钢绞线的应用等技术进步，使得实现更大跨度成为可能。随着跨度增大，此类梁的自重也随之增加，有时使运输和吊装阶段成为结构设计中的控制荷载工况，如图[3]所示。
应对这一问题的常见策略是通过减小翼缘宽度来降低梁的自重。然而，这同时也降低了构件的弱轴刚度和抗扭刚度，从而加大了侧向失稳的风险。[1]
已报道的侧向失稳事故和损伤通常与初始偏心有关，这些偏心在临时荷载工况（吊装、运输及支承就位）下会激发二阶效应。偏心的典型来源包括制作公差、钢绞线侧向定位偏差、局部开裂、徐变和收缩引起的初弯曲，以及单侧日照升温，导致大梁发生侧向弯曲。由于预应力混凝土梁通常被认为具有足够的弱轴刚度裕量，该现象在传统上未受到充分重视。[1]
长预应力预制混凝土梁事故
基辅建于1965年的Dehtiarivskyi桥于2023年6月13日关闭进行改造，随后发生倒塌[2]。据悉，在已安装六根梁后，工人开始安装第七根梁时，该梁失去稳定性，推倒了其余各梁，导致整体倒塌。所幸未造成人员伤亡，但经济损失惨重。
另一案例为吊装阶段的破坏。一根长45.6 m的预应力预制混凝土大梁，截面为等截面I形，梁高2 m，上翼缘宽1.2 m。试想：首次吊装后出现变形形态，侧向位移急剧增大至300 mm（L/150）。大梁随即被重新放回地面以评估可能的损伤。检查后发现左侧上翼缘出现竖向裂缝，裂缝宽度超过0.4 mm，若该构件最终被验收，则需进行修复以满足耐久性要求。
随后进行了第二次吊装尝试，然而侧向弯曲超过L/400，表明该梁已无法恢复原始形态。这很可能是由于吊装过程中发生了塑性变形所致。因此，该梁被判定为废品，重新生产了一根新梁并运至施工现场。[1]
细长预应力预制混凝土梁的安全设计
如何预防此类事故和损伤？我们是否应停止设计长预应力混凝土梁？当然不是，那将是一种倒退，实属遗憾（笔者是预应力混凝土的忠实拥趸）！对于结构工程师而言，在短时间内完成安全、经济的设计并非易事。
在这种情况下，仅凭纸笔是远远不够的。在我近年的工程实践中，我一直希望能有一款软件，帮助我处理细长预应力梁侧扭屈曲（LTB）所涉及的复杂计算。当然，我不希望将大量时间耗费在输入数据和解读半成品程序的计算结果上。
侧扭屈曲的解决方案
好消息是，IDEA StatiCa 提供了针对长预制预应力混凝土梁侧扭屈曲（LTB）的复杂分析功能。所有功能集成于一个工具中，操作简便、结果清晰，并可自动生成报告。只需遵循典型的 IDEA StatiCa Beam 工作流程：
- 几何信息：截面、跨度信息、预应力钢束及施工阶段历程已在 Beam 软件中定义，用于整体分析与设计，所有数据均自动纳入计算。
- 侧向稳定性选项卡：定义吊装、运输及其他施工阶段的详细输入数据，如初始缺陷、吊索详情、最终支承类型等。 上述所有因素均对 LTB 分析产生影响。
- 运行 LTB 分析：即考虑初始缺陷的材料与几何双重非线性分析，采用高级方法，而非简化方法或公式。
- 结果：LTB 分析的输出结果包括支座反力、内力和挠度。
- LTB 规范校核：目前可手动输入至 RCS 软件。LTB 分析完成后，进入详细结果（RCS 软件）并另存为新文件，将屈曲引起的附加内力输入至控制承载能力极限状态和正常使用极限状态组合，并运行所有校核。
注：LTB 结果自动输入至校核组合的功能即将开发。 - 报告：生成包含自动规范校核和可定制输出内容的精确报告，节省时间并降低出错风险。
更多关于 LTB 分析的技术细节及校核内容，请参阅此处。
结语
通过集成 LTB 稳定性校核，覆盖从存放、运输到吊装的全部工况，确保梁在每个制造和施工阶段的安全性。无需再为细长预应力预制混凝土梁设计而忧虑，也无需因其存在侧向失稳风险而回避此类设计。如今，有 IDEA StatiCa 相伴，您可以充满信心！
参考文献
[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)
[2] 在线资料 https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html
[3] 在线资料 https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/
