浅析连续刚构箱梁腹板裂缝成因__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:141

副标题#e#【摘要】从设计及施工的角度，简要分析了连续刚构腹板裂缝产生的原因
　　【关键词】连续刚构裂缝成因
　　前言
　　箱梁裂缝是预应力混凝土连续刚构主要病害之一，在这些裂缝之中，箱梁腹板裂缝相对比较重要，箱梁腹板的斜裂缝基本上属于主拉应力裂缝。已建成的很多连续刚构，主拉应力状态都是严格按照规范限值设计的，而规范的限值又距离混凝土的开裂强度仍有一定的差距，混凝土的主拉应力只有达到了混凝土的极限抗拉强度时才会开裂，因此从理论上讲箱梁腹板应该不会出现裂缝，笔者根据自已多年的实践经验从以下几个方面剖析一下。
　　一箱梁腹板裂缝的分类及成因
　　预应力混凝土连续刚构箱梁裂缝按期形状特点，可分为腹板斜裂缝，即主拉应力裂缝；顺桥向的纵向裂缝，垂直裂缝以及保护层劈裂。其中腹板斜裂缝出现最多，其次是顺桥向的纵向裂缝。
　　（一）斜裂缝
　　斜裂缝出现在剪应力最大的支座附近，与梁轴线成25°~50°。斜裂缝随时间的推移，不断向受压区发展；裂缝数量也会增加，裂缝区逐渐像跨中方向发展。斜裂缝的另一个特征是箱内腹板斜裂缝要比箱外腹板斜裂缝严重。这已为一些大跨径梁桥的检查结果所证实。
　　如果裂缝限制在受拉区，且已趋于稳定不再发展，则可容忍，暂不加固，注意观测。如果裂缝长度延伸到受压区，或裂缝逐渐向跨中发展，则认为是严重的，必须加固处理。
　　连续刚构箱梁出现斜裂缝的主要原因有设计方法和施工因素。
　　1    设计方法
　　从上世纪90年代，在箱梁桥的设计中，较普遍地取消弯起束，而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工，可以减薄腹板的厚度。但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保证。设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，但很不够，没有考虑横向的影响。不考虑横向应力的影响，必然使计算的主拉应力值偏小。考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值。”
　　此外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的剪应力加大，从而增大主拉应力[2]。因此，应该按三维进行分析。过去大跨径梁桥出现较多斜裂缝，重要原因之一是与设计上对主拉应力估计不足有关。腹板偏薄，配置普通钢筋偏少，也会导致腹板斜裂缝的产生。
　　2    施工原因
　　竖向预应力施工操作不规范，误差大，有效预应力严重不足，特别是采用精扎螺纹钢，有的竖向预应力筋甚至松动，根本没有张拉力。有的施工单位对张拉竖向预应力非常重视，知道张拉不足会引起开裂甚至破环，但对张拉竖向预应力认识不足，以至出现吨位不足，甚至漏掉未张拉，活张拉后不压浆，导致出现斜裂缝。
　　（二）纵向裂缝
　　纵向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝，较多地出现在顶底板，也是出现很多的一种裂缝。除未设横向预应力而在顶板下缘出现规范允许宽度的纵向裂缝外，还存在下列原因：
　　1超载
　　在大跨径桥梁中，超载特别是超重车轴荷载的作用，对横向的影响比纵向更大，这是因为纵向弯矩中，自重占绝大部分；而横向弯矩，主要由活载引起，轴重超过规范时，易出现顶板下缘的纵向裂缝。
　　1）    施加过大的纵向预应力
　　全预应力结构设计中，留有一定的压应力储备是必要的，以克服简化图示与实际的不一致，以及局部影响等，一般可留2~3MPa。构件在承受轴向力时，轴向长度因弹性压缩而缩短，垂直方向将因材料的泊松比而产生拉应变，如果正应力储备过大，会在其重力方向发展较大的拉应变，在其薄弱的截面，往往在沿预应力管道的截面出现纵向裂缝。这种裂缝沿顺桥向的预应力管道发展，下渗的水沿管道流动，造成钢束锈蚀的危害比垂直裂缝还大。
　　2）    温差应力估计#p#副标题#e#过小
　　我国过去的桥梁设计规范中，对温差应力，仅规定了翼缘与梁体的其他部位有5℃的温差。这样的温差偏小，与实际情况严重不符,不安全。根据国内外的研究，对于箱梁，温差应力可以接近甚至超过活载的应力[3]。英国、新西兰规范规定的温度梯度，比我国大很多。这也是出现纵向裂缝的原因之一。
　　3）    收缩引起的裂缝
　　双壁墩身建成后相当长时间，才建墩上梁的0号块。由于墩身横向收缩已大部分完成，而0号块横向收缩受到墩身约束，导致底板中部出现裂缝。
　　在0号块建成后相当长时间，再建1号块，也会因收缩差而出现纵向裂缝。因此，节段浇筑时间间隔不要过长，截面配筋要考虑收缩影响。
　　4）    顶板较薄
　　由于顶板较薄，又要布置纵、横向预应力束和普通钢筋，预应力筋的位置较难精确控制，一旦偏差较大，易在顶板下缘出现纵向裂缝。顶板薄导致活载作用下混凝土应力变幅过大，容易出现疲劳裂缝。
　　5）    水化热导致开裂
　　这种现象往往出现在悬浇施工底板较厚的梁根部，尤其在天气较冷时，拆模后即发现底板下缘存在纵向裂缝。
　　这种裂缝是在结构上没有作用任何荷载的情况下产生的，原因是由于温差引起的应力（自平衡应力）高于缓慢提高的混凝土抗拉强度而产生。由于底板较厚，混凝土硬化期间产生水化热，在底板中部温度最高，而两侧接触空气的部分稍低，尤以接触外界空气的板底温度最低。由于平面变形，就产生了自平衡应力，板外缘手拉，中部受压，当拉应力大于该时的混凝土抗拉强度，就可能产生开裂，出现底板下缘的纵向裂缝。
　　(三)横向裂缝
　　在预应力混凝土连续刚构中，出现受弯的垂直裂缝相对来说是较少的，但有时也能见到。在大跨径梁桥的设计中，通常采用全预应力设计。无论是全预应力或部分预应力A类构件，都不应该出现横向裂缝。出现横向裂缝，反映了正截面强度的不足。出现横向裂缝的主要原因有：
　　1    有效预应力不足，过早加载，预应力徐变损失大。沿管道预应力损失偏大。底板预应力筋因管道压浆不饱满和浆体离析而锈蚀。
　　2    对剪力滞影响考虑不够，腹板区域上下缘纵向拉应力远大于平均应力
　　3    梁体下挠过大以及斜裂缝过宽过多的影响，也促使横向裂缝出现。
　　结束语
　　大跨预应力混凝土连续刚构病害主要表现为主梁跨中下挠和箱梁开裂（特别是箱梁腹板裂缝）。两大病害相互伴生，并相互促进和影响，严重威胁着桥梁的使用性和安全性。据统计，在目前已建的连续刚构中，跨径80～100m以下的梁桥，病害较少；跨径100～160m的梁桥，病害较多；跨径160m以上的梁桥，病害就更多。预应力混凝土连续刚构病害产生的原因错综复杂，既有材料方面的原因，也有设计施工方面的原因。
　　参考文献
　　[1]孔海霞,张喜刚.苏通大桥副桥连续刚构桥设计.中国公路学会桥梁和结构工程分会.2004年全国桥梁学术会议论文集.2004
　　[2]郭金琼.箱形梁设计理论.北京.1991.12