大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋裂縫機理與對策研究

林清亮 張望月

1我國公路橋梁的基本情況及主要類型

混凝土橋梁在世界已建橋梁中占絕大多數(shù)，我國混凝土橋梁占90％以上。梁橋按承重結(jié)構(gòu)的截面型式可以劃分為：(1)板橋，矩形截面、雙向受力、挖空、異形截面。(2)肋板式梁橋，橫截面內(nèi)肋形結(jié)構(gòu)(主要T梁)。(3)箱形梁橋，橫截面內(nèi)封閉的箱子。按承重結(jié)構(gòu)的靜力體系可以劃分為：①簡支梁橋：單跨、靜定體系；易于工廠化施工；②連續(xù)梁橋：多連續(xù)，超靜定體系；溫度、支座變位產(chǎn)生附加內(nèi)力；負彎矩的代償功能使梁高變小、跨越能力增大。行車條件好；③懸臂梁橋：靜定結(jié)構(gòu)，懸臂根部的負彎矩使跨越能力有所增大。

2大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋裂縫機理與對策

據(jù)統(tǒng)計，跨徑80～100m以下的梁橋，病害較少；跨徑100～160m的梁橋，病害較多；跨徑160m以上的梁橋，病害就更多。概括起來有兩大類，即：(1)跨中下?lián)蟵(2)梁體開裂。其中，梁體開裂包括梁上出現(xiàn)斜裂縫、縱向裂縫、混凝土劈裂、橫隔板裂縫以及齒板裂縫等。

2.1斜裂縫機理及其預(yù)防對策

斜裂縫是出現(xiàn)最多的梁體裂縫。往往首先發(fā)生在剪應(yīng)力大而截面抗剪能力不足的支座～L／4區(qū)域，與梁軸線呈25°～50°開裂，并隨時間的推移，不斷向受壓區(qū)發(fā)展。裂縫數(shù)也會增加，裂縫區(qū)向跨中方向發(fā)展。斜裂縫的另一個特征是箱內(nèi)腹板斜裂縫要比箱外腹板斜裂縫嚴重。這已為一些大跨徑梁橋的檢查結(jié)果所證實。斜裂縫的寬度如在0.2mm以下，而且其長度、寬度和數(shù)量已趨穩(wěn)定，不再發(fā)展，則不需加固，但要注意觀察，要封閉。

實際上大跨徑梁橋上往往存在寬度較大、且不斷發(fā)展的嚴重斜裂縫，已反映出梁的斜截面強度不足。

在設(shè)計中，對于梁的主拉應(yīng)力都進行驗算并通過。但在實踐中，這類裂縫還是大量出現(xiàn)，筆者經(jīng)過多年的分析得出其原因如下：

(1)取消彎起束。從上世紀90年代，在箱梁橋的設(shè)計中，較普遍地取消彎起束，而用縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力來克服主拉應(yīng)力。這樣做方便施工，可以減薄腹板的厚度。但豎向預(yù)應(yīng)力筋長度短，預(yù)應(yīng)力損失大，有效預(yù)應(yīng)力不易得到保證，教訓(xùn)是斜裂縫大量出現(xiàn)。目前已認識到取消彎起束是不妥當(dāng)?shù)?于是重新回到設(shè)彎起束的正確軌道上來，但為此已付出了代價。

(2)作為平面問題分析，主拉應(yīng)力偏小。正如《蘇通大橋副橋連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計》一文所說，“經(jīng)計算分析，箱梁的橫向荷載對腹板產(chǎn)生的效應(yīng)很大……考慮此項效應(yīng)的主拉應(yīng)力將遠超出規(guī)范允許值?！比照諟夭顚?dǎo)致箱梁內(nèi)部全截面受拉，跨中張拉后期索導(dǎo)致腹板受拉、底板受彎。

針對斜裂縫的預(yù)防對策有：(1)保證有足夠的斜截面強度。(2)采用三維分析箱梁的主拉應(yīng)力，不要漏項。(3)必須配置彎起束，同時也應(yīng)配置豎向預(yù)應(yīng)力束。必須充分考慮預(yù)應(yīng)力損失。對豎向預(yù)應(yīng)力束，應(yīng)采用二次或多次張拉，確保其有效預(yù)應(yīng)力。(4)適當(dāng)增加腹板特別是根部區(qū)段腹板的厚度及其普通鋼筋含量，加密箍筋，即便開裂也可將裂縫控制在較小的范圍內(nèi)。

2.2縱向裂縫機理及其預(yù)防對策

縱向裂縫是與橋軸方向平行的裂縫，較多地出現(xiàn)在頂?shù)装?，也是出現(xiàn)很多的一種裂縫。除因未設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力而在頂板下緣出現(xiàn)規(guī)范允許寬度的縱向裂縫外，還存在下列原因：

(1)超載。在大跨徑橋梁中，超載特別是超重車軸荷載的作用，對橫向的影響比縱向更大，這是因為縱向彎矩中，自重占絕大部分；而橫向彎矩，主要由活載引起，軸重超過規(guī)范時，易出現(xiàn)頂板下緣的縱向裂縫。

(2)溫差應(yīng)力估計過小。我國過去的橋梁設(shè)計規(guī)范中，對溫差應(yīng)力，僅規(guī)定了翼緣與梁體的其他部位有5"C的溫差。這樣的溫差偏小，與實際情況嚴重不符，不安全。根據(jù)國內(nèi)外的研究，對于箱梁，溫差應(yīng)力可以接近甚至超過活載的應(yīng)力。英國、新西蘭規(guī)范規(guī)定的溫度梯度，比我國大很多。這也是出現(xiàn)縱向裂縫的原因之一。

(3)支座反力的影響。大跨徑連續(xù)梁，支座反力很大，反力由腹板傳至墩頂?？臻g分析可以發(fā)現(xiàn)，此處箱梁的橫向拉應(yīng)力特別大，應(yīng)根據(jù)施工階段反力的大小，分級施加。如不采取此措施，頂板上緣肯定出現(xiàn)裂縫。

(4)雙壁墩身建成后相當(dāng)長時間，才建墩上梁的0號塊。由于墩身橫向收縮已大部分完成，而0號塊橫向收縮受到墩身約束，導(dǎo)致底板中部出現(xiàn)裂縫。在0號塊建成后相當(dāng)長時間，再建1號塊，也會因收縮差而出現(xiàn)縱向裂縫。因此，節(jié)段澆筑時間間隔不要過長，截面配筋要考慮收縮影響。