連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫產(chǎn)生與控制措施探討

施炳前

1 連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫產(chǎn)生綜述

1.1 腹板裂縫

1)主拉應(yīng)力產(chǎn)生腹板斜裂縫。這些裂縫一般出現(xiàn)在支點(diǎn)與反彎點(diǎn)之間的區(qū)域,在支座附近區(qū)域,初始豎向開(kāi)裂后,腹板中的傾斜裂縫變得越來(lái)越斜,說(shuō)明腹板抗剪能力不足,主拉應(yīng)力方向抗裂安全儲(chǔ)備不夠。2)錨后拉應(yīng)力產(chǎn)生腹板斜裂縫。采用懸臂澆筑法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土梁和部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁,在懸臂分段澆筑中,錨頭往往布置在接縫面。由于在接縫面上新澆混凝土之間的抗拉強(qiáng)度低很多,因此,如果在此錨固預(yù)應(yīng)力筋,將在錨固區(qū)引起局部高壓應(yīng)力而導(dǎo)致蠕變。3)連續(xù)梁邊跨端部腹板斜裂縫。連續(xù)梁邊跨端部腹板受力比較特殊,應(yīng)力分布十分復(fù)雜。連續(xù)梁邊跨端部往往是在支架上現(xiàn)澆的,此處剪力較大,在施工和體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)受到一些次內(nèi)力的影響,也是局部受力集中之處,同時(shí),巨大的支座反力也主要是依靠腹板來(lái)傳遞的。在邊跨梁端又是預(yù)應(yīng)力筋集中錨固區(qū)域,局部高應(yīng)力所引起的徐變也比較大。要預(yù)先了解引起這些應(yīng)力的各種因素是非常困難的,即使可以預(yù)知這些應(yīng)力,要詳細(xì)說(shuō)明或用公式表示其計(jì)算方法或數(shù)學(xué)模擬也是很困難的。這主要與端部沒(méi)有配置彎起索或彎起索不足有關(guān),即使配置豎向預(yù)應(yīng)力筋也由于鋼筋較短或是由于人工操作不當(dāng)帶來(lái)的過(guò)大預(yù)應(yīng)力損失,以至難以抵抗主拉應(yīng)力。

1.2 頂、底板裂縫

通過(guò)對(duì)幾座橋梁的實(shí)地調(diào)查分析,箱梁的頂、底板也存在一定程度的縱向裂縫和橫向裂縫。作者分析認(rèn)為箱梁頂板、底板的裂縫是由于箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的。計(jì)算箱梁頂、底板的主應(yīng)力時(shí),必須考慮頂、底板的橫向正應(yīng)力。由于在箱梁頂、底板的剪應(yīng)力相對(duì)較小,所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁頂?shù)装宓臋M向方向相同,那么產(chǎn)生的裂縫方向大致與橋軸方向平行。此外,溫差或收縮引起的局部應(yīng)力,頂、底板齒板受力,曲線配索的橫向受力,預(yù)應(yīng)力筋錨頭處局部受力以及截面分層處和施工接縫處的局部應(yīng)力都有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的局部應(yīng)力,使頂、底板開(kāi)裂。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫的控制措施探討

2.1 箱梁配筋控制措施

1)縱向預(yù)應(yīng)力筋。縱向配直線束的做法既篩化了設(shè)計(jì)和施工,又減少了摩阻損失,對(duì)建立縱向有效預(yù)應(yīng)力有利,而剪應(yīng)力需配置密排的豎向預(yù)應(yīng)力束來(lái)克服。這是由于豎向直線束太短,伸長(zhǎng)量太小,幾乎建立不起有效預(yù)應(yīng)力來(lái),建立值與設(shè)計(jì)值相差太大,難免會(huì)出現(xiàn)主拉應(yīng)力方向的結(jié)構(gòu)性裂縫。另外,剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力沿縱向是連續(xù)分布的,配直線束加密排豎向束組合,一定存在一段應(yīng)力空白區(qū)。建議應(yīng)合理布置腹板內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力彎束,讓預(yù)應(yīng)力提供的抗剪能力沿縱向有一個(gè)連續(xù)分布,并盡可能多地將預(yù)應(yīng)力束布置在腹板內(nèi);建立起足夠的縱向有效預(yù)應(yīng)力和彎起束提供的豎向預(yù)應(yīng)力,有效減小或消除主拉應(yīng)力,減少或消除腹板裂縫。2)豎向預(yù)應(yīng)力筋。豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置能顯著地減小或消除主拉應(yīng)力,但力筋太短,難以建立有效預(yù)應(yīng)力,雖在施工工藝上加以改進(jìn),如采用超張拉或反復(fù)3次張拉,仍存在一些問(wèn)題。我們對(duì)某大橋做了這方面試驗(yàn),從測(cè)試的幾根來(lái)看,效果不錯(cuò),但難免存在一些人為因素,這與施工人員的素質(zhì)分不開(kāi),如緊固螺母、壓漿飽不飽滿等。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)控制措施

1)后張預(yù)應(yīng)力筋錨區(qū)加強(qiáng)鋼筋。后張預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)分為端面錨固、齒塊錨固和齒槽錨固三種形式。端面錨固是最常用的錨固方式,預(yù)應(yīng)力筋伸出并直接支承于構(gòu)件端面,與構(gòu)件端部一起形成一種理想的錨塊構(gòu)造。除構(gòu)件端部正常配筋,端面錨固區(qū)內(nèi)配置的附加鋼筋為錨墊板下的局部加強(qiáng)鋼筋,其主要采用螺旋鋼筋,也可采用空間鋼筋網(wǎng)。螺旋鋼筋一般與錨具配套供應(yīng),對(duì)加強(qiáng)錨下混凝土局部承壓的效果好,施工方便,但各錨具的螺旋鋼筋相互獨(dú)立、對(duì)錨塊無(wú)整體作用效果;空間鋼筋網(wǎng)由施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造而成,其對(duì)加強(qiáng)錨下混凝土局部承壓的效果不如螺旋鋼筋,施工相對(duì)方便,但其將各錨具的加強(qiáng)鋼筋連成一體,具有整體作用效果。因此理想的錨塊應(yīng)以螺旋鋼筋形成錨下局部承壓加強(qiáng)作用,錨具間附加適量的空間鋼筋網(wǎng)構(gòu)成整體加強(qiáng)作用。這種空間鋼筋網(wǎng)是以橫向鋼筋為主的,主要限制錨塊整體橫向膨脹,根據(jù)錨下應(yīng)力傳遞規(guī)律,空間鋼筋網(wǎng)可從螺旋中下部開(kāi)始布置。

齒塊錨固的加強(qiáng)鋼筋應(yīng)由兩部分組成,一部分為錨固塊自身加強(qiáng)鋼筋,基本構(gòu)造與端面錨塊相似,但橫向環(huán)齒塊的鋼筋應(yīng)力為錨固于板內(nèi)的閉合箍筋,并由網(wǎng)格鋼筋對(duì)拉。另一部分加強(qiáng)鋼筋布置在齒塊所在處的頂板或底板內(nèi),縱向按兩層分布,橫向范圍約兩個(gè)齒塊寬度,間隔布置在原板上、下層縱向分布鋼筋之間。

2)薄板預(yù)應(yīng)力筋錨后擴(kuò)散加強(qiáng)鋼筋。在節(jié)段施工預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁頂板與底板的端面上往往需要錨固預(yù)應(yīng)力筋,由于箱梁截面較大、板壁薄而寬,預(yù)加力需要沿力線方向經(jīng)一定長(zhǎng)度才能逐步擴(kuò)散至全截面。在預(yù)加力逐步擴(kuò)散的區(qū)段內(nèi),主壓應(yīng)力形成斜向擴(kuò)散力線,但垂直力線的主拉應(yīng)力則可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。因此,頂板與底板錨后應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的加強(qiáng)鋼筋,尤其對(duì)于錨具距離腹板較遠(yuǎn)的情況。對(duì)于齒板錨固方式,除在錨固點(diǎn)局部設(shè)置加強(qiáng)鋼筋外,預(yù)加力擴(kuò)散區(qū)的加強(qiáng)鋼筋設(shè)置方法也同上相似。

2.3 頂板裂縫控制措施

1)認(rèn)真審查工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙,復(fù)核板厚、鋼筋;2)加強(qiáng)鋼筋工程的隱蔽驗(yàn)收,注意檢查鋼筋的直徑、間距、上下層鋼筋之間的有效高度、鋼筋的錨固長(zhǎng)度、下層鋼筋的保護(hù)層墊板厚度及分布等是否符合設(shè)計(jì)、施工規(guī)范要求;3)澆搗混凝土?xí)r,安排專人負(fù)責(zé)管理,以免上層負(fù)筋被踩壓下沉;4)板中預(yù)埋電線套管時(shí)下方多設(shè)些墊塊,以確保下層鋼筋的有效保護(hù)層;5)嚴(yán)格按照施工規(guī)范規(guī)定,嚴(yán)禁在現(xiàn)澆混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前拆模,板上施工堆載應(yīng)均勻分布,且避免過(guò)重;6)重視事前控制,確保板件厚度及混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.4 大體積混凝土施工裂縫控制措施

從裂縫的形成過(guò)程可以看到,特別是大體積混凝土之所以開(kāi)裂,主要是混凝土所承受的拉應(yīng)力和混凝土本身的抗拉強(qiáng)度之間矛盾發(fā)展的結(jié)果。因而為了控制大體積混凝土裂縫,就必須盡最大可能提高混凝土本身抗拉強(qiáng)度性能和降低抗拉應(yīng)力(特別是溫度應(yīng)力)這兩方面綜合考慮。抗拉強(qiáng)度主要決定于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及組成材料,要保證抗拉強(qiáng)度關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化(混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定)。由于混凝土選用地材,從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)考慮,原材料優(yōu)化的空間相對(duì)較小,所以降低拉應(yīng)力是控制混凝土裂縫的有效途徑,而降低拉應(yīng)力主要通過(guò)減小溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來(lái)控制溫度裂縫和沉縮裂縫。

3 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因,涉及設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝、養(yǎng)護(hù)管理、材料性質(zhì)、氣候環(huán)境等各個(gè)方面。因此,要細(xì)致全面的分析每一個(gè)因素對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的影響程度是很困難的,多數(shù)情況下也是沒(méi)有必要的。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫形式和狀態(tài)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),目前預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫產(chǎn)生的位置和形式具有一定的規(guī)律性,因此可以推斷,導(dǎo)致目前該類結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響因素也具有一定的代表性。

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