空心板梁底板縱向裂縫成因分析及加固對(duì)策

趙華慶，史衛(wèi)濱

(1.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團(tuán) 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

空心板梁底板縱向裂縫成因分析及加固對(duì)策

趙華慶1，史衛(wèi)濱2

(1.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團(tuán) 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

底板縱向裂縫是空心板梁的通病之一，本文從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等方面對(duì)引起底板縱向裂縫的原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合試驗(yàn)說(shuō)明了底板縱向裂縫對(duì)梁體受力的影響，在此基礎(chǔ)上提出了空心板梁底板縱向裂縫的四種加固方案。

縱向裂縫 成因分析 加固對(duì)策

1 工程概況

混凝土空心板梁具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、用材經(jīng)濟(jì)、建筑高度低、吊裝質(zhì)量輕，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化制作，是公路和城市中小跨度橋梁中廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)筆者近幾年的橋梁狀態(tài)調(diào)查結(jié)果表明，目前混凝土空心板梁底板普遍存在縱向開裂的現(xiàn)象，這類裂縫既存在于普通鋼筋混凝土空心板梁中，也存在于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁中(包括先張法和后張法空心板梁);既存在于邊梁中，也存在于中梁中。部分裂縫在梁體預(yù)制完成拆模后即出現(xiàn)，有些裂縫在橋梁正常運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后產(chǎn)生。由于空心板梁是以縱向受力為主的受彎構(gòu)件，當(dāng)?shù)装宄霈F(xiàn)裂縫后，其產(chǎn)生的原因及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響就成為了工程建設(shè)者和管理者所關(guān)注的問題。本文結(jié)合筆者多年從事檢測(cè)、設(shè)計(jì)及加固施工的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述兩個(gè)問題進(jìn)行了分析和探討，以便為同類工程提供參考和借鑒。

2 裂縫形態(tài)及對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響

空心板梁底板縱向裂縫一般分布在空心板梁跨中位置附近，多數(shù)裂縫貫穿了空心板全長(zhǎng)，從支點(diǎn)一直延伸至跨中，直至另一個(gè)支點(diǎn)。但也有部分空心板梁裂縫并不連續(xù)，僅在局部開裂，而且跨中縱向開裂多，支點(diǎn)附近開裂少。從歷年的檢查結(jié)果來(lái)看，空心板梁縱向裂縫寬度一般在0.1～0.3 mm左右，部分較嚴(yán)重的裂縫寬度超過1.0 mm，大多數(shù)的裂縫寬度已經(jīng)超過《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTGH11—2004)對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件縱向裂縫寬度的限值(0.2 mm)。

文獻(xiàn)［2］指出，底板存在縱向裂縫的梁，其承載能力仍能滿足要求，但個(gè)別裂縫較嚴(yán)重的梁的撓度、應(yīng)力值的校驗(yàn)系數(shù)呈離散情況，這說(shuō)明縱向裂縫對(duì)空心板梁的縱橋向承載能力影響不大，但較嚴(yán)重的裂縫對(duì)梁體的整體性和剛度產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)［1］表明，由于縱向裂縫的存在，空心板梁由原來(lái)的閉口截面變成了開口截面，梁體抗扭剛度顯著降低，各空心板梁橫向連接剛度明顯減弱，荷載橫向分布系數(shù)增大，這樣勢(shì)必導(dǎo)致主梁縱向受力增大，使空心板梁存在產(chǎn)生橫向裂縫的隱患。本文選取了某高速公路存在底板縱向裂縫的空心板梁進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果(按未開裂截面計(jì)算)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)論與文獻(xiàn)［2］結(jié)果基本一致，縱向裂縫對(duì)空心板梁的承載能力影響較小，實(shí)測(cè)梁體橫向分布影響線較為平滑，影響線形態(tài)與未開裂截面的計(jì)算結(jié)果形態(tài)較為接近，表明梁體底板縱向裂縫對(duì)梁體橫向分布影響較小，對(duì)結(jié)構(gòu)整體工作狀況影響不大。

3 成因分析

空心板梁底板縱向裂縫的產(chǎn)生原因主要包括設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)三個(gè)方面：

1)設(shè)計(jì)方面。早期空心板梁設(shè)計(jì)由于經(jīng)濟(jì)因素制約，其底板厚度較薄(一般為10～12 cm左右，部分梁體優(yōu)化設(shè)計(jì)后底板厚度更薄)，薄壁結(jié)構(gòu)在縱向受力時(shí)其截面將發(fā)生畸變變形，同時(shí)在底板上下緣產(chǎn)生畸變彎曲應(yīng)力，當(dāng)畸變拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，勢(shì)必導(dǎo)致底板產(chǎn)生縱向開裂。若底板橫向構(gòu)造配筋較少，則鋼筋無(wú)法限制縱向裂縫的擴(kuò)展(底板橫橋向?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu))，這也是底板縱向裂縫寬度一般較大的原因之一。

2)施工方面。施工工藝引起空心板梁底板產(chǎn)生縱向裂縫的因素較多，其中預(yù)應(yīng)力因素較為關(guān)鍵。正常狀態(tài)下施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力將對(duì)截面產(chǎn)生軸向壓力和彎矩，由于混凝土材料的泊松效應(yīng)，在軸向壓力作用下底板將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，此應(yīng)力與截面的畸變應(yīng)力組合后往往大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，這就是產(chǎn)生縱向裂縫較為普遍的原因之一。若后張法預(yù)應(yīng)力管道定位不牢固，預(yù)應(yīng)力鋼束在澆筑混凝土后出現(xiàn)起伏狀，則張拉鋼束時(shí)預(yù)應(yīng)力的徑向力將導(dǎo)致底板出現(xiàn)局部開裂。曾對(duì)部分出現(xiàn)縱向裂縫的空心板梁進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)裂縫與定位鋼筋間距太大或定位不牢固有直接關(guān)系。

此外，空心板梁混凝土質(zhì)量較差、振搗不密實(shí)、內(nèi)模下沉導(dǎo)致底板厚度偏薄等因素均可引起底板產(chǎn)生縱向裂縫，但上述因素可以通過加強(qiáng)施工管理來(lái)解決，不具有普遍性。

3)運(yùn)營(yíng)方面。大量的日常檢查結(jié)果表明，采用四個(gè)板式橡膠支座的空心板梁極易出現(xiàn)支座局部脫空、整體脫空甚至支座缺失的情況。若空心板梁支座出現(xiàn)病害，則梁體受力偏移設(shè)計(jì)意圖，空心板梁約束扭轉(zhuǎn)內(nèi)力加大，在約束扭轉(zhuǎn)的作用下截面同樣產(chǎn)生畸變彎曲應(yīng)力，也是引起空心板梁底板縱向裂縫的原因之一。

文獻(xiàn)［4］認(rèn)為空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)由空心板內(nèi)外溫差所引起，并指出底板對(duì)內(nèi)外溫差較為敏感，而頂板不敏感，并建議在空心板梁底板開通風(fēng)口。筆者認(rèn)為空心板梁內(nèi)外溫差對(duì)底板受力影響較小，一方面是空心板梁壁厚較小，熱傳導(dǎo)很快就能完成;另一方面中板受外界環(huán)境溫度影響較小，但中板出現(xiàn)底板縱向裂縫亦是普遍現(xiàn)象。

綜合以上分析，空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)是上述三個(gè)方面因素單獨(dú)或綜合的體現(xiàn)，亦不排除是混凝土收縮產(chǎn)生早期裂縫，在荷載作用下擴(kuò)展形成最終的底板縱向裂縫。

4 加固對(duì)策

從上述分析可知，底板縱向裂縫對(duì)空心板梁承載能力影響較小，但空心板出現(xiàn)裂縫后，其抗扭剛度降低較多，不利于梁體的受力。此外，裂縫對(duì)空心板梁的整體性及耐久性亦有顯著的影響。鑒于此，針對(duì)空心板梁底板縱向裂縫，目前的加固措施主要有以下四種：

1)裂縫處理。按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H12—2004)的要求，當(dāng)裂縫寬度在限值范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行封閉處理，一般涂刷環(huán)氧樹脂膠;當(dāng)裂縫寬度大于限值規(guī)定時(shí)，采用壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠或其它灌縫材料。裂縫寬度限值一般可取0.15 mm。

2)粘貼纖維材料。為了防止水氣進(jìn)入空心板梁腐蝕鋼筋，同時(shí)為了增強(qiáng)空心板梁的整體性，可采用沿裂縫粘貼雙向纖維材料的辦法對(duì)裂縫進(jìn)行全覆蓋，纖維材料的寬度一般30～50 cm，可采用的纖維材料包括碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維，但由于加固部位暴露在大氣中，纖維材料及粘結(jié)劑的老化和耐久性問題較為突出。

3)粘貼鋼板。先根據(jù)裂縫寬度分別采取封閉或灌注的方法對(duì)裂縫進(jìn)行處理，然后為了限制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，采用橫向粘貼鋼板條的方法進(jìn)行加固，鋼板條一般寬度為10～15 cm，厚度為6～8 mm，鋼板條的縱向間距目前尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，部分橋梁縱向間距為30～50 cm，部分橋梁縱向間距為1.0～2.0 m。筆者建議跨中可適當(dāng)減小間距，支點(diǎn)附近可適當(dāng)增大間距。

4)內(nèi)灌高標(biāo)號(hào)砂漿。此方案一般在處理底板厚度偏薄及底板出現(xiàn)縱向裂縫時(shí)采用，施工時(shí)在底板內(nèi)鉆進(jìn)漿孔和出漿孔，然后往空心板空腔內(nèi)灌流動(dòng)性較好高標(biāo)號(hào)砂漿，當(dāng)砂漿達(dá)到一定厚度后即可從出漿孔流出，既可以增加底板厚度，又可以限值裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。此方案須嚴(yán)格控制灌入的砂漿數(shù)量，防止梁體恒載增加過大。

5 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析可知，空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)為設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)三個(gè)方面因素單獨(dú)或綜合的體現(xiàn)，目前難以準(zhǔn)確界定哪個(gè)因素對(duì)裂縫的產(chǎn)生起決定性作用。正是由于空心板梁底板縱向裂縫難以有效預(yù)防和控制，目前這一梁型正逐步被小箱梁所替代。

［1］邱利銳.混凝土空心板梁底板縱向裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響分析［J］.鐵道建筑，2009(3)：53-55.

［2］趙衛(wèi)國(guó)，薛文.先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁縱向裂縫分析［J］.公路，2006(10)：52-53.

［3］呂長(zhǎng)榮，周世軍.裝配式簡(jiǎn)支空心板梁縱向裂縫分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007(4)：167-171.

［4］郭銘德，呂錦剛.空心板梁底板縱向裂縫問題的分析［J］.廣東科技，2006(5)：112-113.

U445.7

B

1003-1995(2011)03-0004-02

2011-10-15;

2011-12-20

趙慶華(1977— )，男，河北滄州人，工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)