預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋裂縫病害分析

馬金寶 楊榮棟

【摘要】為了減少橋梁裂縫的影響，本文從現(xiàn)澆梁支架的使用開始，從多個(gè)方面對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋裂縫病害進(jìn)行分析和闡述。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；混凝土；裂縫；病害

中圖分類號：TU378文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、前言

由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁具有穩(wěn)定性良好、具有較高的抗扭強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)在的橋梁施工建設(shè)中得到了廣泛的使用。但是由于現(xiàn)在許多混凝土梁橋都出現(xiàn)了裂縫，并且裂縫有逐步擴(kuò)大之趨勢，嚴(yán)重影響了正常的交通，因此，我們需要對其進(jìn)行分析，以便減少災(zāi)害的發(fā)生。

二、現(xiàn)澆梁支架的使用

在橋梁施工的過程中，現(xiàn)澆梁支架的穩(wěn)定性等會對橋梁體的質(zhì)量與外觀產(chǎn)生直接的影響，成為影響現(xiàn)澆梁施工質(zhì)量的第一個(gè)要素。當(dāng)前常用的做法是通過使用萬能網(wǎng)與腳手架做成滿堂腳手架的方法來完成。這一方法需要地基基礎(chǔ)表面需要非常的堅(jiān)實(shí)和平整。在進(jìn)行搭建的過程中，需要特別注意做好支架垂直度的調(diào)整。通過對支架的剛度、支架韌性的準(zhǔn)確計(jì)算來進(jìn)行施工。

1.現(xiàn)澆梁支架的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行混凝土澆注的時(shí)候，不均勻的分布時(shí)會造成支架的檢算不利，在施工的時(shí)候附加預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)的附加變形，也會對支架的穩(wěn)定性等產(chǎn)生不利的影響。

2.強(qiáng)度等荷載的檢算

在進(jìn)行強(qiáng)度檢算的時(shí)候，檢算的荷載主要有：支架自身的重量、模板自身的重量、梁體自身的重量、施工時(shí)產(chǎn)生荷載、進(jìn)行混凝土澆注時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載等。對于多跨連續(xù)梁支架，需要對基礎(chǔ)沉降的影響系數(shù)做好全面的考慮。對于穩(wěn)定性的檢算，要求做好模板與支架的迎風(fēng)面積、支架的高度、風(fēng)壓等因素的考慮。

三、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋長期下?lián)铣梢蚍治?/p>

1.混凝土非均勻收縮分析

混凝土收縮、徐變是引起結(jié)構(gòu)長期變形的重要因素之一，同時(shí)也會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布。自收縮、塑性收縮、干燥收縮和碳化收縮是混凝土收縮的四種主要類型。其中混凝土結(jié)構(gòu)收縮變形的主要因素來自于干燥收縮與自收縮。干燥收縮是混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，置于未飽和空氣中的混凝土因失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生體積改變的不可逆收縮。自收縮是指在初凝后水化時(shí)產(chǎn)生的表觀體積減小現(xiàn)象，它不包括自身物質(zhì)增減、外部加載、溫度或約束變化而引起的體積變化。

現(xiàn)有的收縮預(yù)測模型中構(gòu)件理論厚度均以表面積周長比或體積表面積比來計(jì)算，從而以此作為干燥收縮計(jì)算中的重要參數(shù)。與此同時(shí)，將箱梁各部位的有效厚度平均進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算，忽視了不均勻收縮對箱梁截面產(chǎn)生的影響。另外，處于自然環(huán)境中的實(shí)際結(jié)構(gòu)，其收縮發(fā)展受外界溫度及濕度交替變化影響顯著。而現(xiàn)有模型僅考慮了固定溫、濕度條件下的收縮變形，導(dǎo)致與實(shí)際情況偏差較大。

2.由于梁體開裂導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剛度衰減分析

箱梁腹板斜裂縫是大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在運(yùn)營期內(nèi)的常見病害形式，隨著服役年限的增加，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。同時(shí)，斜裂縫開展對撓度的影響只反映在經(jīng)驗(yàn)參數(shù)上，尚缺乏完整的系統(tǒng)研究。

箱梁腹板開裂后，引起開裂處剪切剛度明顯減弱，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)整體剛度顯著下降。為分析腹板開裂情況對主梁結(jié)構(gòu)整體剛度的影響，選取某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋進(jìn)行分析研究，首先分別定義了線彈性和非線性兩種模型，在同等荷載水平條件下比較兩者整體剛度差異。其中線彈性模型是指將開裂區(qū)段混凝土結(jié)構(gòu)定義為線彈性材料，而不考慮混凝土開裂以及材料非線性對結(jié)構(gòu)整體剛度的影響。采用線彈性與非線性模型的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋跨中撓度進(jìn)行對比。當(dāng)λ<λcr，時(shí)，即：腹板混凝土開裂前，兩者變形計(jì)算結(jié)果差別較小，且非彈性撓度增量速度較快；當(dāng)λ>λcr 時(shí)，即：腹板混凝土開裂后，兩者的差別隨著變形增加而加大，非彈性撓度增量速度相對開裂前有所減慢。

四、結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)

由于現(xiàn)如今的科學(xué)技術(shù)的限制，對于分析和理論的手段都比較缺乏，結(jié)構(gòu)在比較確定的作用下的作用效力可以比較安全的確定其具體參數(shù)，這已經(jīng)被眾多現(xiàn)場人員所確定。

但在國內(nèi)現(xiàn)行的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，由于平面桿系結(jié)構(gòu)分析和三維實(shí)體結(jié)構(gòu)分析之間計(jì)算量的巨大差別，使得一般在結(jié)構(gòu)靜力分析時(shí)，均將結(jié)構(gòu)簡化為平面桿系結(jié)構(gòu)模型而只進(jìn)行平面分析，并未考慮混凝土薄壁箱梁的空間整體效應(yīng)對其進(jìn)行三維空間分析。如果箱梁頂板的預(yù)應(yīng)力不能夠得到有效的保障，那么在橋梁的運(yùn)營階段將會對結(jié)構(gòu)造成巨大的影響，由于各種因素的影響，箱梁頂板跨中的板底將會出現(xiàn)許多縱向的裂縫。

除此之外，操作規(guī)范對于預(yù)應(yīng)力錨下局部承受區(qū)這一個(gè)受力情況極其復(fù)雜的區(qū)域，并沒能夠有詳細(xì)的分析方法。由此可能造成因?yàn)殄^下局部抗裂的能力不足，造成錨下的混凝土產(chǎn)生裂痕。

五、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工裂縫的修補(bǔ)

為了提升預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工的質(zhì)量，避免由于裂縫的產(chǎn)生對橋梁壽命的影響，需要做好已有橋梁裂縫的處理工作?？梢允褂萌毡疽粯蛄航ㄔO(shè)公司研發(fā)的BICS 方法，對橋梁裂縫進(jìn)行處理，這一修補(bǔ)方法所使用的修補(bǔ)材料是BL—GROUT，他的力學(xué)參數(shù)為：抗壓能力大于50MPa，材料的抗剪能力大于10MPa，材料的抗壓彈性模量大于1000MPa，這種修補(bǔ)材料有著明顯的優(yōu)勢：首先具備了優(yōu)秀的柔韌特性，在固化之后，仍然具備一定的韌性，保證了再裂縫受到?jīng)_擊時(shí)，仍具備非常好的粘結(jié)力。優(yōu)秀的抗?jié)B透能力，所需要灌注膠的黏度僅僅需要在300～500cp，既能夠保證具備很強(qiáng)的滲透能力。非常有效的抗收縮能力。材料的超低黏度的注入材料不含稀釋性溶劑，因此保證了材料在固化后不會產(chǎn)生收縮等問題。

瞬間固化的特點(diǎn)。在材料注入以后，材料的固化有兩個(gè)階段：首先材料在達(dá)到臨界溫度之前，材料是液態(tài)形式存在的，在達(dá)到了臨界溫度以后，在非常短的時(shí)間內(nèi)會快速的產(chǎn)生固化，瞬時(shí)達(dá)到臨界強(qiáng)度的70%。這就能夠保證被修補(bǔ)的構(gòu)建在受到震動、外力沖擊的時(shí)候不會對修補(bǔ)的效果產(chǎn)生影響。

在材料硬化完成之后，因?yàn)榫邆淞撕軓?qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和抗水蝕能力，不容易受到雨雪水、海水、一些酸堿溶液等物質(zhì)的破壞，提升了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。在進(jìn)行處理的時(shí)候，通過使用合成橡膠管狀注入器的自然彈性所產(chǎn)生的壓力，把專用的高分子樹脂修補(bǔ)材料緩緩的壓入到出現(xiàn)的裂縫里面。橡膠管在諸如的時(shí)候，壓力要保持在0.3MPa，保證修補(bǔ)材料能夠注入到0.02 mm的混凝土裂縫的末端位置。而且這種緩慢注入的壓力能夠有效地降低裂縫中積存的空氣造成的氣阻，從而提升混凝土裂縫的修補(bǔ)質(zhì)量。

六、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工模板的支架

1.避免內(nèi)模上浮問題

在橋梁施工的過程中經(jīng)常會遇見內(nèi)膜上浮的問題，內(nèi)膜上浮問題對構(gòu)建的截面尺寸等產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，在施工的過程中，可以通過在內(nèi)膜的頂部增加垂直壓力的辦法來解決內(nèi)膜上浮的問題。就是在橫向的槽鋼上進(jìn)行鋼管的栓接，讓鋼管抵在內(nèi)模的頂板位置，槽鋼的兩頭使用緊固螺栓進(jìn)行拉緊的辦法，兩側(cè)的外模鋼支撐同底模固定在一起，就能夠有效地防止內(nèi)模上浮的問題。

2.避免內(nèi)模產(chǎn)生左右位移

為了有效的對內(nèi)膜固定，保證內(nèi)膜不會偏移軸線的部位，需要使用高強(qiáng)度的混凝土塊、方木等材料，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)膜和外側(cè)模頂牢固，在進(jìn)行混凝土澆筑的時(shí)候，將這些方木逐漸的去掉。

3.內(nèi)模的底板使用活動板

把內(nèi)膜的地板設(shè)計(jì)成為能夠進(jìn)行分塊活動的板材，在進(jìn)行混凝土澆筑的時(shí)候，將底板掀起，在混凝土澆筑完成以后，再將內(nèi)膜地板放下，在固定完成之后，進(jìn)行腹板混凝土的澆筑工作。沒有使用活動板的情況下，如果因?yàn)槭┕すに嚢才诺膯栴}，則會造成底板與側(cè)板之間出現(xiàn)接縫，對箱梁的整體性產(chǎn)生不利的影響。在使用活動板之后，能夠把鋼筋、模板實(shí)現(xiàn)全部的安裝和固定，一方面能夠提升混凝土的澆筑質(zhì)量，另一方面能夠有效提升施工的效率。

結(jié)語

根據(jù)以上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的施工進(jìn)行中，為了減少裂縫產(chǎn)生的概率，施工人員在施工過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格操作規(guī)范，以減少因操作的原因造成的裂縫的發(fā)生，在裂縫發(fā)生之后，我們還應(yīng)該對其進(jìn)行一定的修補(bǔ)，以免增大裂縫的擴(kuò)展，造成巨大的安全隱患。

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