混凝土橋梁徐變收縮的影響及措施探討

鄒次順 夏新橋

湖北省路橋集團有限公司（430050）

混凝土橋梁徐變收縮的影響及措施探討

鄒次順 夏新橋

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混凝土產(chǎn)生徐變收縮，會給橋梁結(jié)構(gòu)在運營期間帶來較強的負面影響，同時也會給施工中的橋梁結(jié)構(gòu)帶來不良影響。所以，為了降低混凝土橋梁徐變收縮的影響，要采取相應(yīng)的工程措施。

橋梁；徐變收縮；影響

0 引言

混凝土徐變這種變形同時間和荷載有著相應(yīng)關(guān)聯(lián)，屬于非彈性性質(zhì)的變形。大跨度混凝土橋梁產(chǎn)生變形中較多都屬于混凝土徐變，這種非彈性變形是彈性變形的1～3倍。當(dāng)前，在國內(nèi)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中，會出現(xiàn)非荷載裂縫增長、梁體下?lián)弦约案拱彘_裂等方面的問題。這些問題的出現(xiàn)大部分原因來源于混凝土的徐變收縮。

1 混凝土徐變收縮的影響因素

混凝土徐變收縮主要由應(yīng)力導(dǎo)致?；炷列熳冇兄陨愍毺氐膶傩?，也同混凝土內(nèi)水化水泥漿的特性有著較大的關(guān)聯(lián)。如果在制造混凝土采用不同化學(xué)成分水泥,產(chǎn)生的徐變收縮不會有著本質(zhì)的區(qū)別,從而可以得知混凝土徐變收縮產(chǎn)生的根源在于水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)，同水泥的化學(xué)性質(zhì)沒有關(guān)聯(lián)。

總的來看，影響混凝土徐變收縮的因素表現(xiàn)在以下幾個方面：1）相對空氣濕度和環(huán)境因素?？諝鉂穸仍降?，環(huán)境越干燥，混凝土的徐變收縮效應(yīng)越明顯；2）混凝土的齡期。隨著齡期增大，徐變收縮效應(yīng)逐步降低；3）構(gòu)件的尺寸。構(gòu)件尺寸越大，混凝土徐變收縮效應(yīng)越小。大量試驗及經(jīng)驗表明，混凝土徐變收縮與構(gòu)件體積與表面積之比存在對應(yīng)關(guān)系，并隨著比值的增大而降低；4）混凝土水灰比。經(jīng)驗表明，減少水灰比會降低徐變收縮效應(yīng)；5）混凝土集料的強度特性。集料的彈模越高，構(gòu)件徐變收縮將越小。

2 混凝土橋梁徐變收縮對結(jié)構(gòu)的影響及措施

橋梁施工流水作業(yè),導(dǎo)致了混凝土齡期較短,此時混凝土徐變收縮效應(yīng)明顯，會引起大跨橋結(jié)構(gòu)的較大變形和應(yīng)力。因為沒有充分考慮到這些因素帶來的影響，橋梁的后期撓度增大,經(jīng)常出現(xiàn)橋面鋪裝層的破損，最終降低橋梁使用壽命及車輛行車舒適度。因此，為了有效避免這一影響，施工中控制徐變收縮效應(yīng)是必要的。

2.1 節(jié)段施工中混凝土徐變收縮對后期撓度的影響

加載齡期對混凝土的徐變收縮影響較大。大量研究表明，混凝土早期加載階段，由于水化反應(yīng)未完成，混凝土的強度較低，導(dǎo)致抵抗混凝土徐變收縮能力有限，徐變收縮自然更大。需要特別提出的是,對于的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁而言，由于受工期要求的影響，需要在混凝土初凝的早期階段開始預(yù)應(yīng)力的張拉加載，這樣無疑會加大混凝土徐變收縮效應(yīng)，在不能改變梁面標(biāo)高的情況下，主梁下?lián)献冃沃当銜黾印Ｒ虼?，?yīng)盡量增加混凝土的基本養(yǎng)護時間，以減少徐變收縮對后期撓度的影響。

2.2 施工順序?qū)笃趽隙鹊挠绊?/p>

連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種超靜定結(jié)構(gòu)，徐變收縮對結(jié)構(gòu)整體變形影響較大。為了減少這種影響，應(yīng)優(yōu)化施工工序,即盡量減少結(jié)構(gòu)的超靜定程度和時間，比如可以采用先邊跨后中跨的施工順序。如采用先中跨后邊跨的施工順序，主體結(jié)構(gòu)體系則為超靜定體系，對應(yīng)的徐變收縮效應(yīng)更加顯著。不同施工順序下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布是不一樣的。

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的豎向接縫對后期繞度會產(chǎn)生一定影響。為了避免這一影響，施工中可以采取以下措施：1）對接縫處理進行嚴格的質(zhì)量控制，避免剛度過大，同時也不宜太弱；2）設(shè)計時撓度的計算應(yīng)考慮實際剪力的存在，使得撓度計算更為合理;3）采取合理有效的豎向接縫形式，如可以將接縫做成斜向、階梯及銷槽等形式。

2.3 合攏段采用膨脹混凝土對混凝土徐變收縮的補償作用

對于連續(xù)剛構(gòu)橋而言，合攏段的處理方式很關(guān)鍵。通?？刹捎门蛎浕炷吝M行澆筑，能有效減少橋梁結(jié)構(gòu)的后期撓度。其基本原理就是通過混凝土的膨脹應(yīng)力使得結(jié)構(gòu)中預(yù)存一定的壓應(yīng)力，能有效地對混凝土徐變收縮進行有效補償，減少橋梁的變形。此外，在合攏段進行微膨脹混凝土澆筑，能夠讓混凝土早期受到壓力，從而有效避免溫度降低對合攏段混凝土帶來的影響，同時也可以對混凝土自發(fā)收縮及后期的炭化收縮進行有效補償。

2.4 混凝土質(zhì)量對后期撓度的影響

當(dāng)前，通常采用泵送混凝土來進行大型預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁的澆筑。這種澆筑方式下，混凝土強度能得到有效保證，但存在水灰比大、混凝土添加劑過多的現(xiàn)象。高強度帶來的高模量及添加劑的影響，使得混凝土的徐變收縮更明顯，特別是對后期徐變收縮有著較大的影響。大量實踐經(jīng)驗表明，依據(jù)公路橋規(guī)定計算出來的混凝土徐變收縮值往往小于實際徐變量，究其原因，高強度、大坍落度的混凝土收縮計算規(guī)范適應(yīng)性差。

2.5 加強橋梁設(shè)計上的措施

依據(jù)經(jīng)驗，跨中的應(yīng)力與位移效應(yīng)受后期徐變收縮影響很大。如何減少徐變收縮對跨中的效應(yīng)，確保結(jié)構(gòu)的安全使用性能,應(yīng)從設(shè)計的角度進行控制。進行設(shè)計的時候，可以參考以下方面：1）增加跨中梁的高度。增加梁高能提高跨中構(gòu)件下緣的抗拉性能，有效減少后期徐變收縮。2）增加中跨底板束。常規(guī)的做法是,增加底板束并進行分階段張拉，當(dāng)徐變收縮完成一定程度時，再進行分批次張拉，這樣一方面可以使得預(yù)應(yīng)力張拉階段下緣應(yīng)力不至于過大，另一方面也能提高跨中下緣安全儲備。3）將體外備用鋼束預(yù)留在中跨底板。因為無法確定徐變收縮，而徐變收縮增長速度的敏感性較大程度都在中跨部位，設(shè)計中可留下相應(yīng)的備用鋼束，將光纖光柵應(yīng)變傳感器預(yù)埋在跨中區(qū)域，或者可以安裝其他有著相當(dāng)精度的裝置。4）對頂板鋼束配置進行調(diào)整，減小徐變二次力。5）可增加梁截面的縱向鋼筋配筋率，減小徐變收縮對結(jié)構(gòu)的影響。

需要特別說明的是，橋梁主梁預(yù)應(yīng)力度很大程度上影響著后期撓度。從相關(guān)研究中可以看出，預(yù)應(yīng)力度增大會讓徐變收縮減少，反之也是?；炷列熳兪湛s使得結(jié)構(gòu)約束減少,有效預(yù)應(yīng)力會損失，相應(yīng)預(yù)應(yīng)力減少，從而增加主梁下?lián)献冃瘟俊Ｒ虼?，混凝土連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計中，預(yù)應(yīng)力度較小，可能會增大徐變收縮，從而增大主梁下?lián)献冃巍?/p>

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