簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁橋開(kāi)裂病害分析

李星明

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

1 簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)主要裂縫病害分布特點(diǎn)

本文以某簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，主梁裂縫主要有沿腹板分布的豎向及斜向開(kāi)裂、T梁橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)豎向及斜向開(kāi)裂及腹板馬蹄貫穿開(kāi)裂三種。開(kāi)裂病害整體處于可控狀態(tài)，經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度基本介于0.05～0.18 mm范圍內(nèi)，且不同結(jié)構(gòu)位置的開(kāi)裂在車(chē)輛沖擊荷載作用下呈現(xiàn)出明顯的“開(kāi)合”現(xiàn)象，腹板底部、橫隔板底部未出現(xiàn)貫穿開(kāi)裂，主梁截面的整體性良好，截面抗彎剛度未被明顯破壞；此外，單個(gè)梁裂縫分布基本呈左右對(duì)稱(chēng)分布，表明主梁結(jié)構(gòu)橫向荷載分布合理，未出現(xiàn)明顯的偏載破壞，也間接表明T梁橫向連接系安全、可靠。

2 簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁裂縫成因分析

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，絕大部分受力構(gòu)件均處于帶裂縫工作狀態(tài)，與鋼筋相比，混凝土材料的抗拉壓強(qiáng)度較低，且混凝土屬于人工非均質(zhì)材料，不同環(huán)境、條件下拌合澆筑的混凝土材料性能離散性較大，因此，在鋼筋混凝土承重構(gòu)件中，混凝土承載屬于次要功能，尤其是抗彎拉性能，材料的抗壓和保護(hù)作用才是混凝土材料的關(guān)鍵功能。雖然帶裂縫工作是混凝土結(jié)構(gòu)的常態(tài)，但為了保證鋼筋混凝土構(gòu)件的截面剛度、荷載穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)完整性，規(guī)范中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度及發(fā)展形勢(shì)有較為嚴(yán)格的限定，在結(jié)構(gòu)服役全過(guò)程中，必須始終保證結(jié)構(gòu)裂縫處于規(guī)范限值以下，一旦裂縫寬度超限或裂縫發(fā)展失控，意味著結(jié)構(gòu)在荷載作用下將出現(xiàn)不可恢復(fù)的塑性大變形，這在橋梁結(jié)構(gòu)工程中是絕對(duì)不允許的。以預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁為例，根據(jù)裂縫成因機(jī)理差異，可將T梁裂縫分為荷載開(kāi)裂和非荷載開(kāi)裂兩部分。表1就簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁裂縫分布進(jìn)行了總結(jié)。

2.1 荷載開(kāi)裂成因分析

荷載開(kāi)裂是在車(chē)輛荷載、基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度效應(yīng)及結(jié)構(gòu)體系改變等因素綜合作用下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)應(yīng)力突變而引起的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。根據(jù)受力工況不同，荷載開(kāi)裂可進(jìn)一步細(xì)分為抗彎開(kāi)裂、抗剪開(kāi)裂及荷載局部擾動(dòng)開(kāi)裂三種。

表1 簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁裂縫

荷載局部擾動(dòng)開(kāi)裂多發(fā)于簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁的施工過(guò)程中。局部擾動(dòng)開(kāi)裂局限性較大，對(duì)于簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T型梁而言，容易出現(xiàn)擾動(dòng)開(kāi)裂的位置主要有跨中翼板頂部張拉開(kāi)裂、濕接段張拉局部應(yīng)力集中開(kāi)裂等。以簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)梁墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程為例，在預(yù)應(yīng)力張拉作用下，如果施工控制不當(dāng)將出現(xiàn)局部應(yīng)力擾動(dòng)開(kāi)裂。為了提高施工一體化程度，一般先對(duì)預(yù)應(yīng)力T梁完成橫向聯(lián)系，再對(duì)主梁整體施加墩頂負(fù)彎矩區(qū)濕接段預(yù)應(yīng)力，如果預(yù)應(yīng)力施加不當(dāng)，墩頂上緣應(yīng)力狀態(tài)將從壓應(yīng)力逐步向拉應(yīng)力過(guò)渡，一旦拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度限值，將導(dǎo)致墩頂上緣出現(xiàn)橫向開(kāi)裂。以邊梁為例，通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了以下應(yīng)力變化結(jié)果，具體如圖1所示。

圖1 不同張拉應(yīng)力作用下的上緣應(yīng)力變化情況

分析圖1可知，隨著張拉控制應(yīng)力的逐步下降，上緣應(yīng)力逐步從壓應(yīng)力向拉應(yīng)力過(guò)渡，在局部拉應(yīng)力擾動(dòng)下，上緣將出現(xiàn)荷載開(kāi)裂，產(chǎn)生橫向裂縫，嚴(yán)重影響濕接段的結(jié)構(gòu)剛度和整體性，因此，在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制濕接段的張拉控制力，確保張拉控制力不低于標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的70%。

和擾動(dòng)開(kāi)裂不同的是，抗彎開(kāi)裂和抗剪開(kāi)裂病害基本出現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)階段。以預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T型梁為例，在豎向動(dòng)靜荷載的作用下，T型梁馬蹄底部拉應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度限值，將出現(xiàn)橫向開(kāi)裂，抗彎開(kāi)裂危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在彎矩最大位置，一旦梁底裂縫寬度超過(guò)限值，混凝土截面抗彎剛度和完整性將被嚴(yán)重削弱，混凝土保護(hù)層的保護(hù)功能將被破壞。除了抗彎開(kāi)裂外，抗剪開(kāi)裂也是鋼筋混凝土T梁常見(jiàn)的裂縫類(lèi)型之一，尤其是簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)，在負(fù)彎矩位置非常容易出現(xiàn)抗剪開(kāi)裂。剪切裂縫一般出現(xiàn)在斜截面主拉應(yīng)力不足的位置，主裂縫一般與梁底邊緣呈45°夾角，主裂縫周?chē)殡S衍生出眾多次裂縫，如果不能及時(shí)處治，剪切開(kāi)裂位置混凝土將被“剪碎”，出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)狀開(kāi)裂破壞。

2.2 非荷載開(kāi)裂成因分析

除了荷載開(kāi)裂外，剩余因素導(dǎo)致的開(kāi)裂均可歸結(jié)到非荷載開(kāi)裂類(lèi)型中。常見(jiàn)的非荷載開(kāi)裂主要有：材料干縮開(kāi)裂、溫度變形開(kāi)裂及永久性開(kāi)裂等?；炷猎谀Y(jié)硬化過(guò)程中，隨著水分蒸發(fā)，混凝土干縮效應(yīng)顯現(xiàn)，在混凝土表面誘導(dǎo)出現(xiàn)大量的毛細(xì)網(wǎng)狀開(kāi)裂，干縮開(kāi)裂裂縫數(shù)量眾多，但寬度較小，一般不大于0.15 mm，分布隨機(jī)性較強(qiáng)，沒(méi)有明顯規(guī)律。溫度開(kāi)裂可以用熱脹冷縮解釋?zhuān)绕涫沁B續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系中，由于約束數(shù)量較多，超靜定結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力作用下，溫度變形被約束，進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土材料抗拉強(qiáng)度后將出現(xiàn)溫度開(kāi)裂。永久性開(kāi)裂是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要反饋信號(hào)，永久性開(kāi)裂不同于其他非荷載開(kāi)裂，其形成及發(fā)展周期較長(zhǎng)，混凝土粗骨料在“堿-骨料”反應(yīng)、化學(xué)侵蝕等作用下，骨料變形受到鋼筋骨架約束后沿鋼筋骨架分布方向出現(xiàn)開(kāi)裂，在簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁中，常見(jiàn)于變截面交界處、腹板底部等位置。

3 總 結(jié)

綜上分析可知，各種荷載及非荷載開(kāi)裂是簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁最常見(jiàn)的病害類(lèi)型之一，不同裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的服役能力的影響程度差異較大，在具體工程實(shí)踐中，必須首先明確不同位置及不同裂縫的形成機(jī)理，根據(jù)成因差異，制定針對(duì)性的處治措施，以最大程度降低開(kāi)裂對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)各項(xiàng)工況的影響。