預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁腹板裂縫的成因分析及預(yù)防措施

摘要：本文從混凝土材料性質(zhì)、配筋影響、溫度應(yīng)力和施工質(zhì)量4方面分析了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁腹板裂縫的成因，并從設(shè)計、施工及運營等方面提出了防止腹板裂縫產(chǎn)生的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)梁 腹板裂縫 成因 預(yù)防措施

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋擁有簡潔優(yōu)美的外觀、良好的使用性能及突出的跨越能力，在進(jìn)行橋梁建設(shè)時其應(yīng)用范圍較廣泛，而在城市橋梁和公路的建設(shè)中，連續(xù)剛構(gòu)以其較低的工程造價、較大的大跨越能力、合理的受力及單一的結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢被廣泛運用。但工程病害也伴隨著運營時長和連續(xù)剛構(gòu)橋數(shù)量不斷增加而出現(xiàn)，具體表現(xiàn)在：箱梁腹板出現(xiàn)程度不同的斜裂縫，其為45°左右。

混凝土構(gòu)件裂縫與混凝土的構(gòu)造特點及其材料性質(zhì)、外力和施工環(huán)境等問題均有關(guān)聯(lián)，所以較為復(fù)雜。

1腹板裂縫成因分析

1.1 混凝土材料性質(zhì)

混凝土的徐變可能導(dǎo)致構(gòu)件開裂。混凝土徐變隨受力時間的增長而逐步增加。過大的徐變引起結(jié)構(gòu)的附加被動內(nèi)力，導(dǎo)致箱梁構(gòu)件彎矩重分布，腹板的剪應(yīng)力也隨彎矩增大而增加，因而出現(xiàn)了腹板裂縫。很大程度上徐變作用于短周期分段懸臂澆注結(jié)構(gòu)，也不利于計算。懸臂施工橋梁不同于支架澆注施工橋梁，很大一部分懸臂施工橋梁的靜力荷載無法適應(yīng)竣工后結(jié)構(gòu)的承荷態(tài)勢，轉(zhuǎn)換為連續(xù)的結(jié)構(gòu)后，其還仍要承受結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的新的應(yīng)力條件。一般會造成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的撓度及計算應(yīng)力和實際的差別較大，應(yīng)提起重視。

1.2 配筋的影響

1.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛

構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋束的松弛效應(yīng)會隨服務(wù)時長的增加而越發(fā)明顯，這是預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的不足之處。目前，低松弛鋼絞線材料往往被廣泛的用于施工，張拉過程的操作應(yīng)根據(jù)規(guī)定進(jìn)行，以使預(yù)應(yīng)力損失降低。然而施加大跨度梁預(yù)應(yīng)力時，實際操作和規(guī)定的流程一般無法完全吻合，受徐變收縮的影響，且持荷受力時間過長，預(yù)應(yīng)力損失還是不小。應(yīng)力松弛過大就會使腹板的主拉應(yīng)力增大，若高于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值便會引起開裂。

1.2.2 有效預(yù)應(yīng)力難以建立

對于縱向預(yù)應(yīng)力筋，縱向配直線束的方式較常見，其不同于傳統(tǒng)的根據(jù)受力要求曲線配束的方式。應(yīng)配置密排豎向預(yù)應(yīng)力束，以克服剪應(yīng)力，但效果不佳。原因是豎向直線束過短，有效的預(yù)應(yīng)力幾乎無法建立，設(shè)計值和建立值有很大差別，主拉應(yīng)力方向的結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生不可避免。此外，主拉應(yīng)力及剪應(yīng)力的分布是縱向且連續(xù)的，配備直線束加密排豎向束組合，應(yīng)力空白區(qū)必然存在。

而且，進(jìn)行實際的施工時，多個直線形澆注塊構(gòu)成的底板，經(jīng)多次形變調(diào)整，如張拉及拋高，所以，連續(xù)預(yù)應(yīng)力束管道不平順，有待調(diào)整。較大的管道摩阻使部分截面有效預(yù)應(yīng)力缺失。同時，若連續(xù)預(yù)應(yīng)力管道不平順，則應(yīng)力束易發(fā)生滑絲、斷絲。

如果預(yù)應(yīng)力缺失，腹板抗剪能力就會下降，腹板易出現(xiàn)裂縫。

1.3 溫度應(yīng)力

因溫度也會影響到預(yù)應(yīng)力箱梁的施工，從而產(chǎn)生收縮裂縫。溫度梯度的影響，通過假定溫度梯度在整個橋梁上部結(jié)構(gòu)縱向長度上恒定不變而計算的，但這和實際狀況有差別。當(dāng)前，對應(yīng)用較廣泛的變高度、大跨度箱梁，溫度梯度應(yīng)力會隨支撐處約束及箱梁長度、梁高變動幅度的增加而過快增長。在變化較快且較低的腹板的1/4跨處，溫度梯度應(yīng)力對其有明顯的影響，若是夏季該應(yīng)力值高達(dá)4Mpa。

此外，進(jìn)行混凝土澆筑的過程中，其內(nèi)部會有溫度應(yīng)力出現(xiàn)。水泥水化時生成的的水化熱一定。尤其對于大體積混凝土，生成的大量水化疏散困難，加之模板的保溫使用性能很好，其內(nèi)部持續(xù)升溫，甚至高達(dá)60度(夏季)。澆筑混凝土?xí)r大量的熱被釋放出來，造成體積膨脹。同時，混凝土內(nèi)部溫度在拆模過程中仍未下降，但混凝土表面的熱能能夠很快的疏散，快速降低了表面溫度，制約了腹板混凝土的收縮變形，混凝土的表面因此出現(xiàn)了收縮拉應(yīng)力。但這時混凝土的抗拉強(qiáng)度不高，若混凝土的抗拉強(qiáng)度低于混凝土的拉應(yīng)力，微細(xì)的裂縫則會出現(xiàn)在混凝土表面。

1.4 施工質(zhì)量不良

1.4.1 進(jìn)行施工放線時預(yù)應(yīng)力管道不準(zhǔn)確，造成預(yù)應(yīng)力管道局部微段發(fā)生彎折，且不圓潤，造成設(shè)計的預(yù)應(yīng)力筋的方位和實際方位有偏差，此處的徑向力發(fā)生突變。此外，預(yù)應(yīng)力管道的定位鋼筋太大的間距，進(jìn)行混凝土的澆注時，極易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管道發(fā)生起伏及彎沉；此外，一部分鋼筋的定位因焊接不牢而發(fā)生脫落，進(jìn)行混凝土的澆注時，預(yù)應(yīng)力管道有橫向偏移現(xiàn)象，改變了預(yù)應(yīng)力筋的線形，導(dǎo)致徑向力發(fā)生變動。

1.4.2 進(jìn)行腹板混凝土澆筑過程中，腹板內(nèi)密集的預(yù)應(yīng)力管道，預(yù)應(yīng)力管道下方的混凝土及局部的振搗易發(fā)生欠振及漏振，振搗不到位，造成腹板混凝土不密實，出現(xiàn)了孔洞及蜂窩麻面，使腹板混凝土的整體強(qiáng)度降低。

1.4.3 因混凝土養(yǎng)護(hù)不到位及施工等方面的原因，在要求的時間內(nèi)混凝土無法滿足規(guī)定的張拉預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度，在張拉過程中導(dǎo)致腹板混凝土抗拉強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。

2腹板裂縫預(yù)防措施

根據(jù)上述裂縫成因分析的影響因素，分別采取針對性的控制措施，具體如下：

2.1 在施工中要注意水化熱使混凝土產(chǎn)生的早期裂縫。橋梁管養(yǎng)部門密切監(jiān)測裂縫的發(fā)展?fàn)顩r和裂縫的寬度，對伸縮縫及支座的狀態(tài)監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)工作提起重視，使溫度應(yīng)力下降。

2.2 進(jìn)行設(shè)計時需使箱梁設(shè)計理論不斷完善。如果在預(yù)應(yīng)力鋼束轉(zhuǎn)折處使縱向間距加大，或拉大毗鄰的幾條預(yù)應(yīng)力鋼束轉(zhuǎn)折點的縱向間距，均會使有斜向預(yù)應(yīng)力鋼束處腹板的主拉應(yīng)力變小，進(jìn)而抑制裂縫的發(fā)生。腹板內(nèi)布設(shè)的斜筋和彎起鋼筋應(yīng)垂直于預(yù)應(yīng)力鋼束，還可使有斜向預(yù)應(yīng)力鋼束腹板內(nèi)的箍筋率增大，以上均能使應(yīng)力狀況得到改善，加大箱梁的承載力，防止裂縫的發(fā)生。

2.3 對施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其要確保預(yù)應(yīng)力束的張拉效果。實行后張法的過程中，因應(yīng)力損失，控制應(yīng)力σcom≤0.75fpk，需對所有磨阻（管道、錨圈、錨具）進(jìn)行檢測且對錨塞回縮造成的應(yīng)力損失進(jìn)行實測，對其進(jìn)行超張拉，同時要檢測整束控制應(yīng)力，確保鎖錨過程中滿足設(shè)計張拉控制應(yīng)力σcom=0.75fpk，最終對預(yù)應(yīng)力實施有效的控制。

2.4 橋梁運營過程中，為使后期的預(yù)應(yīng)力松弛，制定的措施應(yīng)合理可行，確保結(jié)構(gòu)的抗剪能力，避免發(fā)生斜裂縫。

2.5 加強(qiáng)施工質(zhì)量管理。進(jìn)行腹板混凝土澆筑的過程中，尤其要對腹板內(nèi)預(yù)應(yīng)力管道較密集方位提起注意，避免欠振和漏振，確保混凝土澆注密實。嚴(yán)格根據(jù)施工要求來養(yǎng)護(hù)混凝土。張拉過程中，混凝土強(qiáng)度需和設(shè)計規(guī)范相符，防止混凝土強(qiáng)度還未滿足要求時就開始預(yù)應(yīng)力筋的張拉施工。

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