箱梁腹板裂縫的機(jī)理分析及預(yù)防措施

王　蔚,楊　凱（蘭州交通大學(xué),蘭州　730070）

箱梁腹板裂縫的機(jī)理分析及預(yù)防措施

王蔚,楊凱
（蘭州交通大學(xué),蘭州730070）

摘要：隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板裂縫成為一個(gè)普遍而復(fù)雜的問(wèn)題，人們給予了越來(lái)越多得重視，并設(shè)法通過(guò)采取措施將其控制在一個(gè)容許的裂縫寬度之內(nèi)。本文總結(jié)了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板裂縫出現(xiàn)的規(guī)律，對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并對(duì)腹板裂縫的預(yù)防和控制提出了針對(duì)性的建議。

關(guān)鍵詞：裂縫;作用機(jī)理;預(yù)防控制

1　腹板斜裂縫

（1）邊跨現(xiàn)澆段和支座附近至L/4跨范圍兩側(cè)腹板25°～50°斜向裂縫。如圖1所示。分析認(rèn)為，這種裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，出現(xiàn)這種裂縫主要是承受了較大的剪應(yīng)力而腹板抗剪能力又不足以滿足所產(chǎn)生的過(guò)大主拉應(yīng)力要求所引起的。

圖1　預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋腹板斜裂縫示意圖

在忽略腹板厚度方向的應(yīng)力狀態(tài)情況下，將箱梁橋復(fù)雜的空間應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為雙向應(yīng)力作用下的平面應(yīng)力狀態(tài)，忽略橫向正應(yīng)力，在雙向應(yīng)力狀態(tài)下，主應(yīng)力計(jì)算公式為：

由式（1）可知，豎向預(yù)應(yīng)力的存在，能大大減小主拉應(yīng)力。設(shè)計(jì)中首先計(jì)算出箱梁橋腹板的主拉應(yīng)力，然后通過(guò)合理的調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量和間距來(lái)減小甚至完全消除主拉應(yīng)力，使得第一第二主應(yīng)力均為負(fù)值（壓應(yīng)力），不超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，以此來(lái)控制腹板斜裂縫。

可對(duì)于變截面箱形梁橋，邊跨直線段箱梁高度較?。ǜ呖绫韧ǔ?/25），導(dǎo)致豎向精軋螺紋鋼筋長(zhǎng)度較小，施工中往往由于孔道布設(shè)不合理和張拉壓漿質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致豎向精軋螺紋鋼筋中的永存預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大，往往主拉應(yīng)力大于極限拉力，裂縫難以避免的出現(xiàn)。為了避免預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的彎起束摩擦損失較大，也為了方便施工，現(xiàn)在的箱形梁橋多采用縱向預(yù)應(yīng)力束和豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的組合布索方式來(lái)取代彎起束，通過(guò)調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力，把主拉應(yīng)力減小到一定范圍之內(nèi)，進(jìn)而控制裂縫的產(chǎn)生，這在理論設(shè)計(jì)計(jì)算中是可行的，可實(shí)際上取消彎起束采用這種組合布索方式的預(yù)應(yīng)力箱梁還是不可避免的出現(xiàn)了與水平方向呈45°的斜裂縫。

在設(shè)計(jì)中對(duì)于不同布索方式的選擇要充分考慮由于施工難度大，施工質(zhì)量難以證引起的預(yù)應(yīng)力尤其是豎向預(yù)應(yīng)力損失，進(jìn)行充分的論證，不可盲目的為了施工方便而采用縱向預(yù)應(yīng)力束和豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的組合布索方式，必要時(shí)可以增設(shè)彎起束，調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力筋的間距，增加腹板的厚度，加密箍筋；同時(shí)為了消除主應(yīng)力空白區(qū)，應(yīng)對(duì)箱梁斜截面的抗裂能力進(jìn)行考慮，適當(dāng)增加非預(yù)應(yīng)力鋼筋尤其是彎起鋼筋來(lái)配合預(yù)應(yīng)力鋼筋提高斜截面抗裂承載能力；由于梁高的限制邊跨梁端抗剪能力差，為了避免梁端剪應(yīng)力過(guò)高，設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合適的邊跨和中跨的比例。施工中要對(duì)預(yù)應(yīng)力的孔道布設(shè)和壓漿工藝進(jìn)行優(yōu)化，以保證較短的預(yù)應(yīng)力筋在施工完成之后有充足的有效預(yù)應(yīng)力，從而將主拉應(yīng)力控制在不超過(guò)極限抗拉強(qiáng)度的范圍內(nèi)，避免腹板斜裂縫的出現(xiàn)。

（2）錨固區(qū)出現(xiàn)的的腹板斜裂縫。西南交大結(jié)構(gòu)所通過(guò)試驗(yàn)研究，建議對(duì)箱梁分段施工的濕接縫混凝土抗拉強(qiáng)度取0.53的折減系數(shù)予以折減；美國(guó)《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)性規(guī)范》也規(guī)定在計(jì)算接縫混凝土強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)分別乘以抗彎和抗剪基本強(qiáng)度折減系數(shù)，這樣接觸面只存在很低的混凝土抗拉強(qiáng)度。而采用后張法的懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在懸臂施工中，預(yù)應(yīng)力筋往往錨固在接觸面上，由于預(yù)應(yīng)力筋的錨固所形成的局部高壓應(yīng)力會(huì)在錨頭后會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而錨固區(qū)的混凝土抗拉強(qiáng)度折減后很小，如果設(shè)計(jì)時(shí)這一區(qū)域的受拉鋼筋配置又不合理，在接縫面上的錨固區(qū)往往會(huì)形成粗裂縫。

因此對(duì)錨固區(qū)進(jìn)行分析，計(jì)算錨后拉應(yīng)力，合理布設(shè)間接鋼筋和閉合式箍筋，是預(yù)防錨頭處附近產(chǎn)生開(kāi)裂的有效措施。

2　腹板水平裂縫

該類(lèi)水平裂縫主要發(fā)生在箱梁橋腹板上緣，位于邊跨支座附近和中跨L/4～3L/4之間，分析認(rèn)為，這主要是豎向正應(yīng)力超過(guò)應(yīng)力限值所引起的裂縫。

現(xiàn)代混凝土箱梁橋跨度越來(lái)越大，特別是對(duì)于腹板間距大，橫隔板較少的箱梁，由于采用經(jīng)典梁理論周邊剛性假定分析箱梁橋的變形，而對(duì)箱梁橋空間畸變變形考慮不足，箱梁腹板會(huì)產(chǎn)生較大的豎向正應(yīng)力，甚至大大超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力，這是導(dǎo)致箱梁橋腹板產(chǎn)生水平裂縫的主要原因之一。因此，設(shè)計(jì)時(shí)重視對(duì)連續(xù)箱梁橋空間畸變變形的分析和研究，能很好地預(yù)防控制箱梁橋腹板水平裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3　腹板水平、斜向組合裂縫

該類(lèi)組合裂縫：腹板上緣水平裂縫，腹板45°斜向裂縫，位于邊跨支座附近L/4跨范圍和中跨L/4～3L/4之間。分析認(rèn)為，由于邊跨支座附近是預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固集中區(qū)，受力復(fù)雜，往往由于主拉應(yīng)力而出現(xiàn)斜裂縫；同時(shí)跨中和邊跨直線段由于梁高的限制抗剪能力差，豎向精軋螺紋鋼筋較短，預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重，豎向正應(yīng)力作用下出現(xiàn)水平裂縫，如圖2所示。鑒于梁高較小區(qū)段豎向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用平行刻痕鋼絲，墩頭錨體系來(lái)代替精軋螺紋粗鋼筋。

從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板裂縫形成的機(jī)理來(lái)看，混凝土裂縫是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，是多種因素相互作用的結(jié)果。正確的認(rèn)識(shí)腹板裂縫，應(yīng)根據(jù)環(huán)境和混凝土的具體情況，首先分析裂縫產(chǎn)生的位置、特征和規(guī)律，隨后分析裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，最后有針對(duì)性地從多方面采取預(yù)防控制措施。

圖2　腹板水平斜向組合裂縫

參考文獻(xiàn)：

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