預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫成因分析及防護(hù)措施

趙華清

摘 要：預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫的表現(xiàn)形式比較復(fù)雜，包括設(shè)計時未合理考慮溫度應(yīng)力，對超靜定預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計中的次內(nèi)力計算不正確等引起的裂縫，或者是由于施工方法及施工工藝不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫。預(yù)應(yīng)力作用以及滑道和拉錨器等頂推裝置的影響均可能造成頂推箱梁梁體開裂。箱梁橋頂推梁開裂主要分布在箱梁底板與腹板相交的承托部位，本文分析了彎橋頂推中梁體裂縫成因，并闡述了有效的控制措施，確保橋梁工程的安全性。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫；防護(hù)

預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫產(chǎn)生的根本原因不是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而是由于外在約束導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的。引起抗彎和抗剪能力不足的原因是多方面的，對預(yù)應(yīng)力筋曲率引起的應(yīng)力估計不足。在施工技術(shù)應(yīng)用上不滿足對正常結(jié)構(gòu)所需要的施工要求。而一般引起預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁開裂只產(chǎn)生較小的在允許限度內(nèi)的應(yīng)力或超應(yīng)力。但是由于應(yīng)力疊加的出現(xiàn)，以致會因?yàn)槌瑧?yīng)力而導(dǎo)致裂縫。

1 預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫成因分析

1.1 設(shè)計上的不足

首先由于平面桿系計算代替空間分析計算，這種做法在在結(jié)構(gòu)計算中，會導(dǎo)致抗剪計算不夠充分，造成抗剪鋼筋配置不足；其次是預(yù)應(yīng)力引起的剪力效應(yīng)沒有得到充分的認(rèn)識由于前后載對梁受力狀態(tài)影響較小?？绲暮奢d既有縱向影響，也有橫向影響。設(shè)計者忽視了對箱梁細(xì)部構(gòu)造的考慮，使得截面橫隔板日漸減少， 底板、 腹板偏薄。部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，在梁的跨中易出現(xiàn)裂縫。有的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的設(shè)計對混凝土的彈性模量沒作具體的規(guī)定，而實(shí)際上混凝土彈性模量的高低還達(dá)不到結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

1.2 施工工藝不當(dāng)

在箱梁預(yù)制模板施工中，芯模拆除采用開天窗方法施工。拆除內(nèi)芯模板時由于操作不當(dāng)，出現(xiàn)多次撞擊，此時混凝土強(qiáng)度較低，導(dǎo)致了鋼筋與混凝土的握裹程度不高，從而大大降低了鋼筋與混凝土的握裹力，甚至使由于模板與鋼筋多次撞擊影響了抗拉強(qiáng)度或者是出現(xiàn)了拆除模板不當(dāng)，由于箱梁施工中多采用大塊整體鋼模板需用吊裝機(jī)械配合作業(yè)，因操作不當(dāng)使翼緣板受到向上的外力作用，使其根部產(chǎn)生裂縫。同時在振搗中，工作人員往往忽視了箱梁頂板的振搗，導(dǎo)致振搗棒作業(yè)間距、振搗時間沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，致使箱梁頂板不密實(shí)。

1.3 預(yù)應(yīng)力加載歷史對抗裂和耐久不利

PC 箱梁大都采用懸臂澆筑施工的，這種施工方式從微觀結(jié)構(gòu)的角度分析，早期施加的應(yīng)力當(dāng)由早期結(jié)硬的混凝土“骨架”承擔(dān)，后期水化的水泥顆粒逐步硬結(jié)，只有再次加載才能逐步參與受力，混凝土內(nèi)部的受力骨架承擔(dān)的應(yīng)力要遠(yuǎn)大于后期水化的水泥顆粒。混凝土內(nèi)部水泥的水化進(jìn)程之間尚存在一定的應(yīng)力，但早強(qiáng)混凝土脆性特點(diǎn)明顯，在微觀結(jié)構(gòu)上應(yīng)力狀態(tài)的能力差，進(jìn)一步加劇微裂縫的出現(xiàn)

2 預(yù)應(yīng)力箱梁梁體裂縫成因的防護(hù)措施

2.1 強(qiáng)化設(shè)計

由于預(yù)應(yīng)力箱梁梁體薄構(gòu)件易受到溫度、收縮和徐變的影響， 所以薄部件混凝土澆筑要嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。漏振的混凝土不僅外觀上出現(xiàn)麻面蜂窩，而且強(qiáng)度也大大降低。當(dāng)橋面寬度大于20m時，應(yīng)對橋面橫向不對稱荷載對箱體產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行受力分析。在頂?shù)装宀贾眉訌?qiáng)鋼筋網(wǎng)，降低箱室與箱室間的溫度差異來控制溫度應(yīng)力。選擇合適的溫度梯度曲線進(jìn)行設(shè)計計算。如果允許出現(xiàn)裂縫則對耐久性產(chǎn)生不利影響。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋中，特別是超靜定結(jié)構(gòu)體系是預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁產(chǎn)生開裂的主要原因。而溫度梯度很難與實(shí)際的溫度場相符合，因此在計算溫度應(yīng)力時就必須建立合理的溫度場模型，選擇合理的溫度梯度曲線。

2.2 優(yōu)化施工工藝

首先是進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)制各道工序的技術(shù)交底工作，使各道工序作業(yè)有章可循，實(shí)行規(guī)范化作業(yè)，程序化施工。

其次是改進(jìn)預(yù)應(yīng)力施工工藝，進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)的整體耐久性。一是降低水化熱來減小收縮變形。由于礦渣微粉減小收縮能力不如粉煤灰。礦粉與粉煤灰復(fù)摻是避免水泥早期強(qiáng)度過高這一弊端的有效途徑；二是采用真空輔助壓漿技術(shù)，采用豎向預(yù)應(yīng)力設(shè)計的箱梁能有效的減少預(yù)應(yīng)力損失。對提高力筋的耐久性具有顯著的作用。

2.3 預(yù)應(yīng)力加大抗裂和耐久技術(shù)

首先是了解結(jié)構(gòu)受力特性對混凝土抗裂性能，預(yù)應(yīng)力大跨度連續(xù)剛構(gòu)引起的作用效應(yīng)有：彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪滯、畸變等，對其作用效應(yīng)產(chǎn)生很大的影響。由于作用時機(jī)的復(fù)雜性，設(shè)計人員必須找出影響混凝土抗裂性能的關(guān)鍵因素及其作用規(guī)律。

其次是加強(qiáng)箱梁關(guān)鍵部位的配筋設(shè)計，結(jié)構(gòu)分析計算中應(yīng)計入高強(qiáng)混凝土、變厚度等因素的影響。同時必須考慮諸多因素的影響：在設(shè)計中，預(yù)應(yīng)力腹板厚度對抗剪設(shè)計至關(guān)重要，預(yù)應(yīng)力管道引起的應(yīng)力集中均也不容忽視，必要的體外預(yù)應(yīng)力提供了一種可供選擇的力筋更換形式。體外預(yù)應(yīng)力對橋梁正常使用狀態(tài)的健康監(jiān)測提供方便。通過錨固塊和數(shù)個轉(zhuǎn)向塊與橋梁主體結(jié)構(gòu)相互作用，可進(jìn)一步改善橋梁的使用性能。可以部分甚至全部代替箱梁中的連續(xù)預(yù)應(yīng)力索，以改進(jìn)混凝土施工方法，能有效降低各種侵蝕性介質(zhì)的滲透，避免減少混凝土中產(chǎn)生不確定的次生應(yīng)力。

總之，大跨度箱梁結(jié)構(gòu)在施工的受力極為復(fù)雜，加上混凝土材料的彈塑性等特性，導(dǎo)致對跨度箱梁結(jié)構(gòu)在各階段的受力特點(diǎn)難以完全把握。因此，在充分把握材料特性的基礎(chǔ)上應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員概念設(shè)計，建立和完善結(jié)構(gòu)分析方法，針對結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜部位從受力性能的角度解決裂縫控制問題，采取合理的設(shè)計施工對大跨度箱梁結(jié)構(gòu)抗裂控制意義重大。

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（作者單位：黑龍江永拓工程項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司）