空心板梁底板縱向裂縫成因分析及加固對策

趙華慶，史衛濱

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

空心板梁底板縱向裂縫成因分析及加固對策

趙華慶1，史衛濱2

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

底板縱向裂縫是空心板梁的通病之一，本文從設計、施工、運營等方面對引起底板縱向裂縫的原因進行了分析，并結合試驗說明了底板縱向裂縫對梁體受力的影響，在此基礎上提出了空心板梁底板縱向裂縫的四種加固方案。

縱向裂縫 成因分析 加固對策

1 工程概況

混凝土空心板梁具有結構簡單、施工方便、用材經濟、建筑高度低、吊裝質量輕，易于實現標準化和工廠化制作，是公路和城市中小跨度橋梁中廣泛采用的一種結構形式。根據筆者近幾年的橋梁狀態調查結果表明，目前混凝土空心板梁底板普遍存在縱向開裂的現象，這類裂縫既存在于普通鋼筋混凝土空心板梁中，也存在于預應力鋼筋混凝土空心板梁中(包括先張法和后張法空心板梁);既存在于邊梁中，也存在于中梁中。部分裂縫在梁體預制完成拆模后即出現，有些裂縫在橋梁正常運營一段時間后產生。由于空心板梁是以縱向受力為主的受彎構件，當底板出現裂縫后，其產生的原因及對結構的影響就成為了工程建設者和管理者所關注的問題。本文結合筆者多年從事檢測、設計及加固施工的經驗，對上述兩個問題進行了分析和探討，以便為同類工程提供參考和借鑒。

2 裂縫形態及對結構受力的影響

空心板梁底板縱向裂縫一般分布在空心板梁跨中位置附近，多數裂縫貫穿了空心板全長，從支點一直延伸至跨中，直至另一個支點。但也有部分空心板梁裂縫并不連續，僅在局部開裂，而且跨中縱向開裂多，支點附近開裂少。從歷年的檢查結果來看，空心板梁縱向裂縫寬度一般在0.1～0.3 mm左右，部分較嚴重的裂縫寬度超過1.0 mm，大多數的裂縫寬度已經超過《公路橋涵養護規范》(JTGH11—2004)對預應力構件縱向裂縫寬度的限值(0.2 mm)。

文獻［2］指出，底板存在縱向裂縫的梁，其承載能力仍能滿足要求，但個別裂縫較嚴重的梁的撓度、應力值的校驗系數呈離散情況，這說明縱向裂縫對空心板梁的縱橋向承載能力影響不大，但較嚴重的裂縫對梁體的整體性和剛度產生影響。文獻［1］表明，由于縱向裂縫的存在，空心板梁由原來的閉口截面變成了開口截面，梁體抗扭剛度顯著降低，各空心板梁橫向連接剛度明顯減弱，荷載橫向分布系數增大，這樣勢必導致主梁縱向受力增大，使空心板梁存在產生橫向裂縫的隱患。本文選取了某高速公路存在底板縱向裂縫的空心板梁進行了實橋試驗，并將試驗結果與理論計算結果(按未開裂截面計算)進行了對比，結論與文獻［2］結果基本一致，縱向裂縫對空心板梁的承載能力影響較小，實測梁體橫向分布影響線較為平滑，影響線形態與未開裂截面的計算結果形態較為接近，表明梁體底板縱向裂縫對梁體橫向分布影響較小，對結構整體工作狀況影響不大。

3 成因分析

空心板梁底板縱向裂縫的產生原因主要包括設計、施工及運營三個方面：

1)設計方面。早期空心板梁設計由于經濟因素制約，其底板厚度較薄(一般為10～12 cm左右，部分梁體優化設計后底板厚度更薄)，薄壁結構在縱向受力時其截面將發生畸變變形，同時在底板上下緣產生畸變彎曲應力，當畸變拉應力超過混凝土的抗拉強度，勢必導致底板產生縱向開裂。若底板橫向構造配筋較少，則鋼筋無法限制縱向裂縫的擴展(底板橫橋向為普通鋼筋混凝土結構)，這也是底板縱向裂縫寬度一般較大的原因之一。

2)施工方面。施工工藝引起空心板梁底板產生縱向裂縫的因素較多，其中預應力因素較為關鍵。正常狀態下施加預應力，預應力將對截面產生軸向壓力和彎矩，由于混凝土材料的泊松效應，在軸向壓力作用下底板將產生橫向拉應力，此應力與截面的畸變應力組合后往往大于混凝土的抗拉強度，這就是產生縱向裂縫較為普遍的原因之一。若后張法預應力管道定位不牢固，預應力鋼束在澆筑混凝土后出現起伏狀，則張拉鋼束時預應力的徑向力將導致底板出現局部開裂。曾對部分出現縱向裂縫的空心板梁進行了驗證，發現底板出現裂縫與定位鋼筋間距太大或定位不牢固有直接關系。

此外，空心板梁混凝土質量較差、振搗不密實、內模下沉導致底板厚度偏薄等因素均可引起底板產生縱向裂縫，但上述因素可以通過加強施工管理來解決，不具有普遍性。

3)運營方面。大量的日常檢查結果表明，采用四個板式橡膠支座的空心板梁極易出現支座局部脫空、整體脫空甚至支座缺失的情況。若空心板梁支座出現病害，則梁體受力偏移設計意圖，空心板梁約束扭轉內力加大，在約束扭轉的作用下截面同樣產生畸變彎曲應力，也是引起空心板梁底板縱向裂縫的原因之一。

文獻［4］認為空心板梁底板縱向裂縫應由空心板內外溫差所引起，并指出底板對內外溫差較為敏感，而頂板不敏感，并建議在空心板梁底板開通風口。筆者認為空心板梁內外溫差對底板受力影響較小，一方面是空心板梁壁厚較小，熱傳導很快就能完成;另一方面中板受外界環境溫度影響較小，但中板出現底板縱向裂縫亦是普遍現象。

綜合以上分析，空心板梁底板縱向裂縫應是上述三個方面因素單獨或綜合的體現，亦不排除是混凝土收縮產生早期裂縫，在荷載作用下擴展形成最終的底板縱向裂縫。

4 加固對策

從上述分析可知，底板縱向裂縫對空心板梁承載能力影響較小，但空心板出現裂縫后，其抗扭剛度降低較多，不利于梁體的受力。此外，裂縫對空心板梁的整體性及耐久性亦有顯著的影響。鑒于此，針對空心板梁底板縱向裂縫，目前的加固措施主要有以下四種：

1)裂縫處理。按照《公路橋涵養護規范》(JTG H12—2004)的要求，當裂縫寬度在限值范圍內時，進行封閉處理，一般涂刷環氧樹脂膠;當裂縫寬度大于限值規定時，采用壓力灌漿法灌注環氧樹脂膠或其它灌縫材料。裂縫寬度限值一般可取0.15 mm。

2)粘貼纖維材料。為了防止水氣進入空心板梁腐蝕鋼筋，同時為了增強空心板梁的整體性，可采用沿裂縫粘貼雙向纖維材料的辦法對裂縫進行全覆蓋，纖維材料的寬度一般30～50 cm，可采用的纖維材料包括碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維，但由于加固部位暴露在大氣中，纖維材料及粘結劑的老化和耐久性問題較為突出。

3)粘貼鋼板。先根據裂縫寬度分別采取封閉或灌注的方法對裂縫進行處理，然后為了限制裂縫的進一步擴展，采用橫向粘貼鋼板條的方法進行加固，鋼板條一般寬度為10～15 cm，厚度為6～8 mm，鋼板條的縱向間距目前尚無統一規定，部分橋梁縱向間距為30～50 cm，部分橋梁縱向間距為1.0～2.0 m。筆者建議跨中可適當減小間距，支點附近可適當增大間距。

4)內灌高標號砂漿。此方案一般在處理底板厚度偏薄及底板出現縱向裂縫時采用，施工時在底板內鉆進漿孔和出漿孔，然后往空心板空腔內灌流動性較好高標號砂漿，當砂漿達到一定厚度后即可從出漿孔流出，既可以增加底板厚度，又可以限值裂縫的進一步擴展。此方案須嚴格控制灌入的砂漿數量，防止梁體恒載增加過大。

5 結語

通過上述分析可知，空心板梁底板縱向裂縫應為設計、施工及運營三個方面因素單獨或綜合的體現，目前難以準確界定哪個因素對裂縫的產生起決定性作用。正是由于空心板梁底板縱向裂縫難以有效預防和控制，目前這一梁型正逐步被小箱梁所替代。

［1］邱利銳.混凝土空心板梁底板縱向裂縫對結構受力的影響分析［J］.鐵道建筑，2009(3)：53-55.

［2］趙衛國，薛文.先張法預應力混凝土空心板梁縱向裂縫分析［J］.公路，2006(10)：52-53.

［3］呂長榮，周世軍.裝配式簡支空心板梁縱向裂縫分析［J］.交通標準化，2007(4)：167-171.

［4］郭銘德，呂錦剛.空心板梁底板縱向裂縫問題的分析［J］.廣東科技，2006(5)：112-113.

U445.7

B

1003-1995(2011)03-0004-02

2011-10-15;

2011-12-20

趙慶華(1977— )，男，河北滄州人，工程師。

(責任審編 王 紅)