高玉英

預應力混凝土箱梁橋是橋梁結(jié)構(gòu)中常見的一種橋型,從其受力特點看,這種結(jié)構(gòu)形式的抗彎和抗扭剛度都較大,有足夠的混凝土截面來承受正負彎矩的作用,加上預應力的優(yōu)點,使這種結(jié)構(gòu)形式非常適應大跨徑結(jié)構(gòu)。然而隨著該橋型的廣泛使用,有關該橋型出現(xiàn)病害的報告也越來越多,最突出的是箱內(nèi)裂縫,其主要分布在橫隔板、頂板底部和腹板部分。箱內(nèi)裂縫如果處理不當,將給結(jié)構(gòu)物的強度、剛度帶來一定的危害甚至影響使用壽命。本文結(jié)合工程實例對預應力混凝土箱梁裂縫的成因進行分析并提出相應的防治措施。

1 工程概況

集老高速公路6標段分離式立交橋,本橋上部結(jié)構(gòu)為3孔一聯(lián)(16.6+34.4+16.6)m現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁,結(jié)構(gòu)形式為單箱三室,梁高1.8 m,寬12.4 m,頂板厚18cm,底板厚15cm,腹板厚25cm。下部結(jié)構(gòu)采用Y形橋墩,肋板承臺。采用就地澆筑施工法,滿堂紅支架,滿堂布置。

2 預應力混凝土箱梁常見的裂縫

1)腹板豎向裂縫。該裂縫發(fā)生在薄腹部分,裂縫方向垂直于梁軸線,由梁的半高線向上、向下延伸。2)腹板斜裂縫。邊跨斜裂縫,主要發(fā)生在支座附近,斜裂縫的傾角為 45°左右;中跨斜裂縫,主要發(fā)生在支座附近,斜裂縫的傾角為45°左右。3)腹板水平裂縫。邊跨水平裂縫,主要發(fā)生在邊端支座附近、腹板的上緣;中跨水平裂縫,主要發(fā)生在1/4～3/4跨之間,靠近腹板的上緣。4)底板、頂板平行軸向產(chǎn)生裂縫。5)箱梁橫隔板的放射性裂縫。6)預應力錨固部位齒板附近產(chǎn)生裂縫。7)箱梁頂板產(chǎn)生龜裂。

3 預應力混凝土箱梁裂縫成因分析

3.1 主橋總體設計中對箱梁截面尺寸擬定不合理

對于大跨度預應力混凝土箱梁橋,特別是橫隔板較少的箱梁在荷載作用下其變形并不完全符合經(jīng)典梁理論周邊剛性假定,會出現(xiàn)截面畸變變形,有關設計單位未考慮箱梁畸變應力是導致箱梁腹板開裂的主要原因之一;箱梁頂板、底板的裂縫是由于箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的附加應力導致的;箱梁橫隔板的人洞放射性裂縫主要是人洞造成的應力集中產(chǎn)生的;預應力錨固部位的齒板附近的裂縫主要是預加力的局部效應產(chǎn)生的。

3.2 未合理考慮溫度應力

本橋位于集寧,施工期為3月～8月,施工期間該地區(qū)風速大、氣溫高,且晝夜溫差大?；炷潦芩嗨艧?、陽光照射、夜間降溫等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時,將發(fā)生收縮和膨脹,產(chǎn)生溫度應力。溫度應力超過混凝土抗拉強度時,即產(chǎn)生裂縫。

3.3 混凝土原材料質(zhì)量缺陷產(chǎn)生裂縫

預應力混凝土對原材料要求特別高,粗集料要求級配良好,如果級配不良會造成沉縮裂縫;細集料要求使用中砂以上砂粒,且含泥量有嚴格規(guī)定;對粗細集料都必須嚴格控制針片狀顆粒含量。如細集料含泥量和泥塊含量高,攪拌后就不能拌和均勻,而在泥塊集中的部位發(fā)生龜裂;粗集料的針片狀含量大或者級配不好,就很容易在粗集料周圍產(chǎn)生沉縮裂縫;此外如果水泥質(zhì)量不合格或者發(fā)生變質(zhì)就很容易在水泥結(jié)塊的地方發(fā)生龜裂裂縫。

3.4 混凝土施工工藝不當引起裂縫

施工過程中混凝土攪拌不均勻,致使水泥集中的地方產(chǎn)生散射式裂縫;混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;上料速度慢澆筑時間長或澆筑時氣溫高,造成坍落度損失,致使振搗困難,甚至造成混凝土強度丟失,從而形成裂縫;施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架產(chǎn)生不均勻下沉導致混凝土出現(xiàn)裂縫;拆除支架時應迅速且順序正確;張拉預應力筋時張拉力過大使箱梁頂板開裂,如張拉力不足,在荷載作用下底板易產(chǎn)生裂縫。

3.5 養(yǎng)護不當形成裂縫

預應力混凝土養(yǎng)護需水量大,不覆蓋任何東西,梁板在空氣中不能保濕,也就不能使梁板很好的發(fā)生水化作用,提高強度。此外裸露在空氣中的箱梁白天會達到很高的表面溫度,晚上氣溫下降,從而產(chǎn)生裂縫。但是也不能覆蓋太嚴密,覆蓋太嚴會造成混凝土大量水化熱無法散發(fā)而形成溫度應力裂縫。

4 預應力混凝土箱梁裂縫防治措施

1)設計時除了按有關規(guī)范進行主應力計算外,還要求對各種應力,尤其是局部應力的可能分布狀態(tài)進行足夠的定性分析和必要的定量分析。按經(jīng)典梁理論計算主拉應力時,還要考慮畸變應力和附加應力,在相應部位增加防裂構(gòu)造鋼筋,避免裂縫發(fā)生。2)由溫度應力引起的裂縫,在施工時,應盡量選擇溫度低的時間澆筑(利用早、晚進行施工);熱天澆筑混凝土時,應降低水溫拌制,合理使用減水劑;加強振搗以減少水化熱,大體積混凝土采取分層澆筑的方法,并注意混凝土的養(yǎng)護工作;在腹板處每隔5 m留一個通氣孔,可以保證混凝土箱梁在拆模后通風散熱,保持體內(nèi)外溫度一致,防止裂縫形成。3)由混凝土質(zhì)量引起的裂縫,可以通過以下措施防止:應采用高標號的水泥,并摻加適量減水劑,以減少水泥用量,降低水灰比。選用級配良好、質(zhì)地堅硬、顆粒潔凈的粗細集料,細集料含泥量應小于3%,粗集料含泥量應小于1%。嚴格控制混凝土拌合物坍落度。4)混凝土施工工藝不當引起裂縫?？梢酝ㄟ^以下措施防止:嚴格按照施工規(guī)范操作進行,開工前徹底檢查臺座、模板以防止出現(xiàn)角落裂縫,徹底檢查機器性能及電路防止中途出現(xiàn)故障中斷澆筑而造成施工縫及其他缺陷。混凝土澆筑:采用集中攪拌,泵車澆筑,澆筑時由低到高,從支點向跨中對稱分層澆筑。混凝土應振搗密實,搗實后1.5 h～24 h之內(nèi)不得受到振動。待強度達到90%時,拆除模板。改善現(xiàn)場混凝土的施工工藝,均勻設置布料槽,嚴禁用振搗棒拖曳混凝土,同時注意混凝土的施工防雨、養(yǎng)護及保溫工作;結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置防裂鋼筋,以提高混凝土的抗裂性能?；炷翉姸冗_到80%后方可進行張拉程序,第一階段每根鋼束兩端同時張拉,第二階段每根鋼束在一端張拉,張拉程序由 0到初應力(約 0.1σk)→1.02σk持續(xù)5 min→σk(錨固)。5)養(yǎng)護不當形成裂縫。可以通過以下措施防止:混凝土澆筑收漿完成后,應盡快用草簾覆蓋和灑水養(yǎng)護,使混凝土表面始終保持濕潤狀態(tài),不允許使混凝土在高溫下裸露暴曬。

5 結(jié)語

預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)受力比較復雜,影響裂縫的因素較多,只要在設計時選用合理的理論和計算模型,施工過程嚴格控制并按施工規(guī)范施工,裂縫發(fā)生后采用合理的處置措施,就可以減少或限制裂縫的發(fā)生,保證結(jié)構(gòu)物的正常使用。

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