公路橋梁常用跨徑箱梁防裂措施研究

楊凱 吳文杰

摘?要：隨我國(guó)公路橋梁數(shù)量增長(zhǎng)與已建橋梁老齡化的影響，橋梁的發(fā)展進(jìn)入建養(yǎng)并重階段，確保橋梁長(zhǎng)壽命至關(guān)重要。而開裂會(huì)影響混凝土梁的使用壽命，須開展箱梁防裂措施研究以確保橋梁長(zhǎng)壽命。文中以公路橋梁常用跨徑箱梁為研究對(duì)象，通過分析箱梁開裂機(jī)理，進(jìn)而提出箱梁防裂措施。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;箱梁;防裂

1 箱梁裂縫成因分析

公路橋梁常用跨徑箱梁裂縫常表現(xiàn)為三種形式：沿箱梁腹板的斜裂縫、梁體垂直裂縫及局部網(wǎng)狀裂縫。其中斜裂縫常因箱梁受剪承載能力不足導(dǎo)致;垂直裂縫主要是因梁體溫度應(yīng)力及施工不當(dāng)造成;局部網(wǎng)狀裂縫的產(chǎn)生因設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)引起。三種形式的裂縫出現(xiàn)于箱梁預(yù)制及后期運(yùn)營(yíng)全過程，且每一階段的形態(tài)及發(fā)展各不相同。

1.1 施工階段裂縫成因

箱梁預(yù)制過程中，從混凝土澆筑至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，依據(jù)規(guī)范通常取28天齡期。在28天內(nèi)，混凝土的彈性模量、抗壓強(qiáng)度隨齡期逐漸增長(zhǎng)，異于28天后混凝土的受力性能。較小力的作用可能導(dǎo)致箱梁早期裂縫的產(chǎn)生，其產(chǎn)生原因通常有：

（1）混凝土收縮變形。箱梁預(yù)制過程中因混凝土收縮變形導(dǎo)致的裂縫，以混凝土的塑性及自干燥收縮占主導(dǎo)作用。水化熱反應(yīng)引起的塑性收縮出現(xiàn)在混凝土齡期增長(zhǎng)的塑性階段，整個(gè)水化凝固過程過快或過慢均會(huì)導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)裂縫。水泥硬化過程的自干燥收縮，泌水現(xiàn)象導(dǎo)致混凝土體積減小而收縮，最終致使箱梁出現(xiàn)裂縫。

（2）溫度力作用。受季節(jié)性、日照及溫度驟降溫差的作用，箱梁齡期成長(zhǎng)過程中，箱梁底板中部、頂板與腹板相交處、箱梁翼緣位置處溫度應(yīng)力較大。當(dāng)溫差超出一定程度后，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的較大拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致箱梁裂縫的產(chǎn)生。

（3）預(yù)應(yīng)力施加。預(yù)應(yīng)力施加過程中，由于混凝土力學(xué)性能隨齡期變化的特性，不同齡期階段的預(yù)應(yīng)力施加都會(huì)導(dǎo)致箱梁受力及變形出現(xiàn)差異。未達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度而張拉預(yù)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致箱梁兩側(cè)腹板及錨固區(qū)域出現(xiàn)局部裂縫。因超張拉或預(yù)應(yīng)力管道定位偏差等因素也會(huì)導(dǎo)致箱梁在施工階段出現(xiàn)裂縫。

1.2 運(yùn)營(yíng)階段裂縫成因

箱梁運(yùn)營(yíng)階段產(chǎn)生的裂縫主要為結(jié)構(gòu)性裂縫，受荷載承受能力超限、強(qiáng)迫位移及偶然作用的影響。

2 設(shè)計(jì)階段防裂措施

2.1 設(shè)計(jì)方法

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)箱梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算采用平截面假定，但當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫后，混凝土與鋼筋接觸面出現(xiàn)相對(duì)滑移，不再滿足平截面假定。加之，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)對(duì)施作環(huán)境濕度、溫度無法準(zhǔn)確考慮，對(duì)混凝土齡期時(shí)間考慮不周，均會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生。因而設(shè)計(jì)階段需對(duì)上述影響因素加以考慮。

2.2 防裂措施設(shè)計(jì)

2.2.1 優(yōu)化箱梁截面尺寸

預(yù)應(yīng)力管道偏差引起的腹板附加應(yīng)力隨腹板厚度的增加而變小，而腹板厚度的增加對(duì)箱梁構(gòu)件整體受力變化影響較小。為防止因預(yù)應(yīng)力管道偏差而導(dǎo)致的箱梁腹板開裂，可在設(shè)計(jì)階段可適當(dāng)增加箱梁腹板厚度。

2.2.2 調(diào)整構(gòu)造鋼筋配置

為避免因預(yù)應(yīng)力張拉、溫度應(yīng)力引起箱梁裂縫的出現(xiàn)，可通過調(diào)整構(gòu)造鋼筋用以防止裂縫的出現(xiàn)。通過布置合理的橫向鋼筋或加密預(yù)應(yīng)力定位鋼筋的方法，防止預(yù)應(yīng)力張拉引起的箱梁腹板裂縫;選用較小直徑鋼筋小間距加密鋼筋網(wǎng)，防止因溫度應(yīng)力變化導(dǎo)致的收縮裂縫。

2.2.3 合理設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度

保護(hù)層厚度一定程度可以限制溫度應(yīng)力引起的收縮裂縫，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求外，通過增加一定厚度的保護(hù)層用以限制梁體裂縫的出現(xiàn)。箱梁保護(hù)層厚度不得小于保護(hù)層厚度與預(yù)應(yīng)力保護(hù)層厚度的允許偏差之和。

3 施工階段防裂措施

3.1 控制張拉時(shí)間

箱梁構(gòu)件在混凝土齡期3天至5天期間進(jìn)行張拉時(shí)，箱梁上撓最大，極易在此期間產(chǎn)生裂縫。因此要結(jié)合試驗(yàn)所得混凝土齡期發(fā)展，嚴(yán)格控制張拉時(shí)間，防止因混凝土齡期不足導(dǎo)致的構(gòu)件裂縫。

3.2 準(zhǔn)確定位預(yù)應(yīng)力管道

預(yù)應(yīng)力管道安裝過程中，預(yù)應(yīng)力管道定位偏差達(dá)到20mm時(shí)，出現(xiàn)與腹板的深至波紋管位置縱向裂縫。因此，在預(yù)應(yīng)力管道安裝后、混凝土澆筑前，須對(duì)預(yù)應(yīng)力定位進(jìn)行檢查，也可在安裝時(shí)適當(dāng)加密波紋管周圍的定位鋼筋。

3.3 控制模板變形

腹板厚度的減小會(huì)引起箱梁內(nèi)部拉應(yīng)力的增大，而施工過程中模板變形會(huì)導(dǎo)致腹板厚度的減小，從而在預(yù)應(yīng)力張拉過程中使得腹板出現(xiàn)裂縫。因此，在模板安裝過程中對(duì)極易產(chǎn)生變形的部位應(yīng)做加強(qiáng)處理，且應(yīng)做好模板接縫處理。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

箱梁混凝土內(nèi)部溫度在澆筑后36h內(nèi)因水化熱反應(yīng)而急劇上升，36h后溫度開始出現(xiàn)下降，下降速率較之升溫更快。在此過程中，箱梁內(nèi)外溫差、濕度控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致箱梁內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，過大的拉應(yīng)力極易導(dǎo)致箱梁腹板、頂板及腹板與頂板相交處出現(xiàn)裂縫。因此嚴(yán)格控制從混凝土澆筑后3天內(nèi)混凝土的溫度、濕度對(duì)箱梁防裂至關(guān)重要，具體可采用以下方法：

①嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，梁體內(nèi)外溫差不大時(shí)方可拆模;

②混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)覆蓋，外界溫度過高時(shí)應(yīng)采用噴灑設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，外界溫度過低時(shí)應(yīng)采用保溫措施;

③箱梁混凝土澆筑36h后內(nèi)部溫度開始下降，在降溫期間應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以防過快降溫導(dǎo)致的收縮裂縫。

4 運(yùn)營(yíng)階段防裂措施

4.1 嚴(yán)禁車輛超載運(yùn)營(yíng)

橋梁在長(zhǎng)期超載運(yùn)營(yíng)下，當(dāng)超出構(gòu)件疲勞限度后，橫向聯(lián)系首先出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致單板受力，加劇箱梁裂縫的產(chǎn)生，因此對(duì)出現(xiàn)超載區(qū)域的橋梁應(yīng)實(shí)行超載管制。

4.2 定期檢測(cè)養(yǎng)護(hù)

橋梁使用過程中，因外界環(huán)境及荷載影響下，難免會(huì)出現(xiàn)裂縫。定期對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，掌握橋梁健康狀況，對(duì)出現(xiàn)裂縫部位分析原因，并對(duì)裂縫位置進(jìn)行加固處理，以延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

5 結(jié)論

文章通過對(duì)公路橋梁常用跨徑箱梁裂縫成因進(jìn)行分析，基于裂縫成因分析結(jié)果，分別從設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)階段提出優(yōu)化截面設(shè)計(jì)、合理配置鋼筋、控制預(yù)應(yīng)力管道定位和預(yù)應(yīng)力施加、注重養(yǎng)護(hù)、限制超載及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的防裂措施。

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