單箱單室變截面連續(xù)箱梁病害分析及理論計(jì)算

陸永忠 沈 芬

(1.平湖市華舟建設(shè)有限公司，浙江 平湖 314200； 2.安吉路信交通建設(shè)管理有限公司，浙江 安吉 313399)

單箱單室變截面連續(xù)箱梁病害分析及理論計(jì)算

陸永忠1沈 芬2

(1.平湖市華舟建設(shè)有限公司，浙江 平湖 314200； 2.安吉路信交通建設(shè)管理有限公司，浙江 安吉 313399)

結(jié)合某橋預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)橋梁實(shí)例，對箱梁頂板出現(xiàn)的縱向裂縫及底板頂面出現(xiàn)的橫向裂縫進(jìn)行了分析探討，并結(jié)合理論計(jì)算模擬了橋梁運(yùn)營過程中各工況下橋梁的受力狀態(tài)，為橋梁的安全運(yùn)營提供了保障。

連續(xù)箱梁，病害，裂縫，應(yīng)力

1 工程概況

某大橋引橋采用3跨(80+84+50)m預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，橋梁截面為單箱單室斜腹板箱形截面，箱梁頂板寬18.45 m，懸臂板長4.35 m，底板寬8.75 m；截面尺寸：頂板厚30 cm，底板厚33 cm～77 cm；腹板厚40 cm～90 cm。

2 主要病害

根據(jù)現(xiàn)場檢測連續(xù)箱梁的主要病害為：1)箱梁底板頂面出現(xiàn)橫向貫通裂縫，裂縫的寬度和深度均較大，最大縫寬達(dá)2 mm；2)腹板外表面產(chǎn)生較多豎向和斜向混合裂縫，嚴(yán)重的裂縫穿過腹板全高，最大縫寬0.4 mm；3)箱梁頂板頂面產(chǎn)生許多順橋向縱向裂縫，裂縫在全橋頂板底面均有分布，最大縫寬1.5 mm。

3 理論計(jì)算及分析

3.1 底板頂面橫向裂縫分析

考慮到施工誤差，按極端情況時預(yù)應(yīng)力波紋管落到了普通鋼筋頂面的情況，將底板束鋼束重心按距底緣10 cm考慮，由于該橋箱梁底板頂面縱向普通鋼筋偏小，為φ12@15，如果由于偏心距過大在箱梁底板產(chǎn)生局部彎曲效應(yīng)，導(dǎo)致底板頂面壓應(yīng)力儲備減小甚至反向產(chǎn)生拉應(yīng)力，則在汽車荷載等外部消壓荷載作用下可能導(dǎo)致底板頂面先行開裂。底板應(yīng)力定性分析示意圖如圖1所示。

張拉預(yù)應(yīng)力時，由于底板束偏心，底板壓應(yīng)力儲備在整體作用的基礎(chǔ)上附加一個局部的偏心彎矩，該彎矩使底板壓應(yīng)力圖形繞底板中心發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致上緣壓應(yīng)力儲備減小而同時下緣壓應(yīng)力增大，所以底板壓應(yīng)力儲備的最終結(jié)果是一個正梯形，且斜邊的斜率較大，而汽車荷載等大多后期作用對底板的消壓都是整體作用，即運(yùn)營期間荷載作用下箱梁總是繞整個截面的中性軸轉(zhuǎn)動，將兩個梯形相加后，可以看出此時底緣還有一定的壓應(yīng)力儲備而頂緣已經(jīng)消壓，當(dāng)外荷載進(jìn)一步增加時，在底緣壓應(yīng)力儲備足夠的情況下，可能導(dǎo)致底板頂面先行開裂，且底板頂面處于拉壓應(yīng)變的交互作用下，會由于疲勞作用不斷開展。

底板束距底緣10 cm即相對底板偏心6.5 cm時，鋼束一次效應(yīng)的縱向正應(yīng)力結(jié)果見圖2。

計(jì)算結(jié)果表明，箱梁等高段在預(yù)應(yīng)力底板束偏心作用下的局部效應(yīng)只在距離錨固位置大約1倍～1.5倍梁高范圍內(nèi)有所表現(xiàn)，在遠(yuǎn)離錨固位置處的梁端底板上，并不存在預(yù)應(yīng)力鋼束偏心過大帶來的局部彎曲效應(yīng)，只有整體彎矩和軸力作用。而本工程的橫向裂縫并不發(fā)生在底板束錨固位置附近，反倒是在底板束長度中間位置分布較多，所以由于底板束局部偏心過大，導(dǎo)致底板上拱開裂的可能性不大。

經(jīng)過詳細(xì)的局部及整體受力分析計(jì)算，在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，有限的預(yù)應(yīng)力底板束偏心、一定限度的超載(2倍車道荷載)都不能構(gòu)成底板頂面開裂的主要原因。根據(jù)病害特征，結(jié)合計(jì)算分析結(jié)果，判斷該裂縫屬于施工期間形成的施工階段受力裂縫，在后期運(yùn)營荷載及收縮徐變等因素的綜合作用下不斷發(fā)展，形成目前的裂縫現(xiàn)狀。

3.2 箱梁腹板斜線裂縫分析

整體計(jì)算結(jié)果表明，該橋腹板的抗剪承載力及斜截面抗裂能力能夠滿足設(shè)計(jì)要求以及一定程度的超載作用，但超載作用增大時，邊跨靠近支點(diǎn)附近部分截面將出現(xiàn)斜截面抗裂不足的現(xiàn)象。但由于腹板裂縫的開展方向大都接近豎直方向，與主拉應(yīng)力方向并不一致，所以，綜合判斷腹板裂縫為施工期間形成的施工階段受力裂縫與后期運(yùn)營超載作用形成的斜截面抗裂性不足而產(chǎn)生的受剪斜裂縫的混合裂縫。

3.3 箱梁頂板縱向裂縫分析

整體分析已經(jīng)考慮了超載對于全橋整體抗裂性的影響，此處的軸重超重主要考慮輪壓作用下對于頂板的局部效應(yīng)。類似整體分析中的假定，取規(guī)范中的55 t標(biāo)準(zhǔn)車，但將輪壓加大1倍考慮，其他各項(xiàng)參數(shù)均同標(biāo)準(zhǔn)車。

考慮自重、二期以及預(yù)應(yīng)力和恒載內(nèi)力的影響的組合作用下，箱梁頂板橫向正應(yīng)力分布見圖3。

計(jì)算結(jié)果顯示，在車輪荷載增加到設(shè)計(jì)輪壓的2倍時，箱梁頂板底面將產(chǎn)生6.2 MPa的拉應(yīng)力。如果車輪荷載繼續(xù)增大，則該數(shù)值還將進(jìn)一步增大。該拉應(yīng)力有可能形成頂板底面的縱向微裂縫，該裂縫在汽車活載的反復(fù)作用下不斷開展，最后形成可見裂縫。所以，軸重超重是頂板縱向裂縫形成的可能原因。

局部分析結(jié)果表明，箱梁頂板在設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)作用下的抗裂性滿足規(guī)范要求，但考慮超載效應(yīng)，當(dāng)輪壓增大到設(shè)計(jì)輪壓的2倍時，箱梁頂板底面將產(chǎn)生較大的橫向拉應(yīng)力，在汽車荷載的反復(fù)作用下，可導(dǎo)致產(chǎn)生頂板底面的縱向裂縫。判斷軸重超重是引起頂板底面縱向裂縫的主要原因。

4 結(jié)語

箱梁裂縫的產(chǎn)生受多種因素影響，包括橋梁設(shè)計(jì)階段對交通流量的預(yù)估、結(jié)構(gòu)形式的選擇及結(jié)構(gòu)富余量的考慮；施工階段施工工序的把握和施工工藝的控制；橋梁運(yùn)營期間超限超載車輛的管理等客觀因素。因此，為了有效的控制今后預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁病害的產(chǎn)生，應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等多方面管理，確保橋梁運(yùn)營安全。

[1] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，1997:287-334.

[2] JTJ D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 杜國華，毛昌時，司徒妙齡，等.橋梁結(jié)構(gòu)分析[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1994:62-112.

[4] JTG TF50—2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

On disease analysis of continuous box girder of single-cell and single-box variable cross-section

Lu Yongzhong1Shen Fen2

(1.HuazhouConstructionCo.,LtdofPinghuCity,Pinghu314200,China;2.AnjiLuxinTransportationConstructionManagementCo.,Ltd,Anji313399,China)

Combining with the prestressed variable cross-section beam of some bridge, the paper explores the longitude cracks at the box girder roofs and lateral cracks on bottom roofs, and simulates the stressed status of the bridges under all kinds of conditions in the bridge operation process, so as to provide some guarantee for the safe operation of bridges.

continuous box girder, disease, crack, stress

2015-05-25

陸永忠(1981- )，男，工程師； 沈 芬(1979- )，女，工程師

1009-6825(2015)22-0165-02

U445.71

A