大跨径预应力混凝土桥梁下挠病害问题的研究已经有几十年，但仍然缺乏公认的下挠成因。业界的研究主要有以下几种：一是基于结构受力状态和参数分析研究。这种方法实际上是不考虑开裂的成桥弹性挠度计算。由于所有施工阶段恒载挠度（长期成桥挠度可以看作一个施工阶段）的变化可以通过施工控制和预抛解决，所以并不是所要研究的持续下挠病害。二是试算研究：主要包括不断折减预应力损失或结构刚度、修改徐变模型等。试算方法还是主要关注挠度变化，并将试算值去拟合实测下挠值。但是，试算方法同样没有考虑结构开裂情况，即没有做到“双控”——在试算拟合挠度的同时，也需要关注结构受力及开裂情况，两者需要相互印证，不能只顾一头。三是腹板剪切斜裂缝开展并使剪切钢筋屈服，从而引发腹板剪切刚度降低导致下挠，作者在苏通大桥辅航道桥科研时注意到了这个问题，开始研究混凝土结构的剪切配筋理论并延续至今。腹剪问题的研究将另文表述。
本文结合同济大学桥梁系在大跨径梁桥下挠问题的持续科研，提出另一种剪至下挠成因，也是一个常被忽视并鲜有研究的问题：直接剪切。
反映直接剪切的应力验算指标：
直剪应力
图1 箱梁的完整验算应力指标体系
图1所示的完整验算指标应力体系是《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）》中空间精细化分析的核心理念。“指标”的意义是指获取了某项病症的应检测项目，这个“病症”就是混凝土箱梁的开裂问题。有了检测指标，就可以“按图索骥”应对混凝土桥梁的开裂问题。
例如对有开裂病害桥梁，“按图索骥”首先是将发生的裂缝与上图的应力指标体系核对，找到与发生裂缝对应的应力指标；然后在计算模型（空间网格模型，以及其他计算模型）中寻找各工况下的应力指标值，就能找到应力较大值对应工况也就是裂缝主要成因。
但是，这个应力指标体系是基于现行规范相关验算习惯均以受拉和受压表述的，包括主拉和主压。而能够产生主应力的前提是不发生直剪破坏。
图2 箱梁腹板上的剪应力
图2所示为箱梁腹板上的剪应力分布。剪应力是成对的，在腹板中与竖向剪应力成对的是沿腹板纵向的剪应力，当腹板面积能够承担该剪应力时，则该剪应力才会与正应力组成腹板主应力。当腹板面积不足以承担该剪应力时，腹板会发生直剪破坏（剪切错动），裂缝将不再是由主拉应力产生的斜裂缝，而是纵向水平裂缝。
对于混凝土的直接剪切，规范甚至教科书涉及甚少，其原因是通常认为混凝土截面尺寸较为充裕，一般直接剪切不会出现问题。在同济大学桥梁工程专业过去采用的袁国干教授主编的《配筋混凝土结构设计原理》教材中有对于直接剪切的相关内容。
我国预应力混凝土梁式桥的箱形断面在上世纪80年代-90年代的设计相对较为纤薄，由于运行过程中出现各种病害，现在的箱梁截面设计则相对厚实，特别是腹板与顶板交汇处的加腋部分，这对于避免直接剪切问题的发生是有益的。同时，纵向预应力的设计曾在上世纪80年代-90年代时全部采用直线束，由于腹板竖向预应力的效果不能很好保证，出现了较为普遍的腹板开裂问题，所以后来业界便不再采用直束，而采用腹板下弯钢束。实际上，腹板下弯钢束还有一个好处：当腹板与顶板之间的混凝土发生直剪破坏时，下弯穿过交界面的预应力钢束会拽住直剪滑移面的相对滑移。
可以说，发生直剪滑移需要具备某些条件：箱梁截面较为纤薄；直剪滑移面范围没有腹板下弯钢束。但从另外一个方面而言，箱梁截面纤薄重量会更轻，也更为美观；直线布置的预应力钢束施工便捷，工业化程度高。对于桥梁设计而言，两者都应该可以成为工程师的选项。当然前提条件是不能出现问题，包括主拉应力和直接剪切。主拉应力检算已经包含在图1中的应力指标体系之中，而直接剪切同样也应该作为设计检算内容。于是，在图1应力检算指标体系中需要增补各板件中面的纵向剪切应力，即τ_TpL、τ_BpL、τ_WpL，其中顶板和底板一般满布纵横向钢筋网，而腹板中一般只有箍筋和竖向预应力钢筋穿过直剪面，所以检算腹板直剪应力τ_WpL更为关键。
箱梁横框架分析的问题
图3 箱梁横向分析的框架模型
图3为常用的箱梁截面横向框架分析的平面杆系模型。
框架计算模型
框架分析主要为计算适用于顶板的桥面板受力，包括对称荷载效应和非对称荷载效应。而对于腹板和底板，由于两侧腹板采用简支约束，无法考虑两侧腹板的竖向位移差，这个竖向位移差就是箱梁截面框架由非对称荷载导致的畸变效应。所以,箱梁的横向框架模型可以计算全框架的对称荷载效应,但无法计算腹板和底板的非对称荷载效应。
箱室内外温差效应
现行规范的温度效应包括长周期的年均温差以及短周期的梯度温度效应，没有箱室内外温差的相关规定。实际上，箱室内外温差对于腹板受力有较大的影响：当箱室外侧温度高于箱室内部温度时，腹板内侧受拉；反之，当箱室外侧温度低于箱室内部温度时，腹板外侧受拉。在工程实践发现的病害中，箱室内外温差是腹板内外侧裂缝数量差异的主要原因，也是图1中腹板主应力指标分为内缘、外缘、中面的主要原因。箱室内外温差将导致竖向预应力效应在腹板内外侧发生卸载或加载，从而导致主应力在腹板不同位置上的差异。
成桥荷载试验和检测
成桥荷载试验通过加载确定桥梁的承载能力，通过比较结构响应（挠度、应变）的差异，掌握结构工作性能的变化情况。加载一般在选定的几个关键断面的几种关键工况，采用弯矩、挠度等效原则，在桥面布置加载车辆模拟实际活载，测试桥梁结构在试验荷载（正载及偏载）下的挠度及应变，并采用校验系数来评价桥梁结构的工作性能。
这个“工作性能”一般而言是纵向工作性能，或者也可以叫整体工作性能。成桥试验是桥梁工程交付使用前检验桥梁建设是否符合设计预期的重要环节。但是，横向设计虽然也是箱形截面桥梁结构重要的设计内容之一，荷载试验并没有对横向受力进行同样的校验。现行规范明确规定桥梁的横向分析属于局部分析，加载采用车辆荷载，且需要考虑冲击影响（一般按1.3考虑）。这样，按现行规范的55吨车，试验车辆应该需要70吨（尚未考虑箱室内外温差效应）。从这个角度讲，通常用于纵向加载的“加载车辆”可能并不符合横向加载要求。
箱梁横向受力
对腹板纵向直接剪切的影响
上面讨论的箱梁横向受力实际上对箱梁腹板直剪受力有很大的影响。图2所示的腹板纵向剪应力等于相应位置剪力除以受剪面积，受剪面积为腹板厚度与纵向长度的乘积，而腹板厚度与横向受力密切相关。
图4 腹板外侧受拉工况
图5 腹板内侧受拉工况
以腹板与顶板交界面为例：横向框架由于活载（包括超载）作用、箱室内外温差作用，腹板与顶板交界面会发生横向开裂。当车辆荷载为正载、箱室内部升温时，该截面外侧受拉，直至克服竖向预应力的轴向压力发生开裂，开裂将从外部削弱该截面，如图4所示；当车辆荷载为偏载、箱室外部升温时，该截面内侧受拉，直至克服竖向预应力的轴向压力发生开裂，开裂将从内部削弱该截面，如图5所示。虽然腹板内外侧开裂不是一个荷载工况，但是开裂造成的截面损伤永久存在，腹板受直剪截面的面积从内外侧均被削弱。
计算显示，当箱梁截面较为纤薄时，腹板厚度内外侧的削弱量之和将达到原腹板厚度的50%以上。
腹板受直剪厚度的削弱意味着腹板纵向剪应力的增加,这个剪应力就是对应着前述的应力指标τWpL，当τWpL超过混凝土的直剪应力极限值（τWpL）时，腹板就会延交界面纵向发生剪切错动。原来由混凝土截面承担的剪力便会传递给穿过腹板与顶板交界面的钢筋，包括箍筋及竖向预应力钢筋。如果腹板布设有纵向预应力下弯束并交遇剪切错动面，则预应力钢束将发挥强大的阻挡作用。
箱梁腹板发生纵向直剪错动
与下挠病害的关系
直剪错动呈现的裂缝形式与主拉应力超过混凝土受拉极限呈现的裂缝形式不同：直剪裂缝是沿桥梁纵向水平的，而主拉应力裂缝是斜裂缝。直剪裂缝发生的部位与腹板厚度横向受力开裂后的削弱，及该断面承受的剪力大小相关。如图4和图5所示，在活载效应下腹板横向应力较大位置是顶板与腹板交界处,而在箱室内外温差下腹板横向应力较大位置是靠近腹板中心处。同时,对于桥梁结构的纵向受力，靠近墩顶位置剪力较大，而靠近跨中位置则剪力较小。所以，要进行综合分析来判断裂缝更容易出现的位置。
箱梁腹板发生纵向剪切错动导致下挠的机理，可以比拟为叠合梁界面的剪切滑移引发的挠度增加，如图6所示：完全粘结的叠合梁符合平截面假定，结构刚度大，挠度较小；若连接界面出现剪切滑移，则平截面假定会被放松，结构刚度削弱，截面曲率增加，挠度增大。在大跨径预应力混凝土桥梁中，由于有竖向抗剪的存在，这个“直剪错动”不一定是纵向刚体位移，而经常是剪切应变。
图6 剪切错动下挠机理与叠合梁比拟示意图
断面某处的直剪破坏(剪切滑移或错动)意味着截面各层间的共同作用被损坏，结构受力发生变化，受力状态脱离了设计预期。桥梁各截面刚度比的改变也将引起桥梁内力的重分布,间接增加跨中正弯矩和跨中挠度，同时混凝土徐变进一步在这样的结构上作用，又会引起附加挠度。所以,下挠会持续发展,且一直在引起结构内力的变化。
研究及设计建议
混凝土直剪强度
直剪强度是构件一部分沿着力的作用方向对其余部分做相对移动时的材料强度。我国历次的公路规范中都没有给出混凝土直剪应力的限值（即直剪强度），所以往往为设计者忽略。由于保证剪应力的传递是正应力分布以及主应力产生的前提，所以直剪应力指标，即“τWpL”，应该视作与正应力指标或主应力指标同等重要的应力指标。由于现行规范没有该项验算，也没有直接剪切强度的确切取值，故有必要对此进行细致研究，并补充对该项指标的研究和实验，以作为规范值提供给设计单位。
箱梁截面横向分析
桥梁设计一般较为重视纵向，横向的重视程度相对较弱。从前文可知，箱梁截面的横向受力分析需要从荷载和计算模型上进一步完善。在荷载方面需要补充箱室内外温差的荷载工况。另外，如何检验施工完成后箱梁结构是否满足横向设计要求，也需要从成桥试验环节进一步重视和完善。
桥梁出现直剪错动后的
结构受力模式与计算模型
混凝土桥梁结构一般依赖自身的尺度抵抗直剪应力，且未发生剪切滑移的腹板截面的剪切变形一般而言可以忽略不计。但如果发生了剪切错动，桥梁只能依靠桥梁结构中原有的预应力钢束和钢筋，如果没有下弯的纵向预应力钢束，就只能依靠竖向箍筋、竖向预应力钢筋的横向抗剪能力来承担剪力。同时依靠腹板抗剪钢筋（包括箍筋和纵向钢筋）受拉提供剪切刚度来抵抗剪切变形，以阻挡箱梁顶板与腹板之间以及腹板一定范围内剪切滑移及剪切应变的进一步发展。桥梁出现直剪错动后的结构受力模式与计算模型至关重要，需要在理论及试验多方面做深入研究。