深受彎蓋梁裂縫成因分析及處理對策

王建華

公路橋梁中過渡墩由于承受主、引橋的共同作用，受彎矩和剪力作用較大，多采用截面高度較大的蓋梁，當蓋梁跨高比在2.5和5.0之間時，便屬于深受彎構件的短梁，但未進入深梁范圍［1］。主橋的支座一般布置在過渡墩柱頂處，因此蓋梁內力主要受引橋簡支梁的活荷載作用的影響。本文便針對典型的深受彎蓋梁的裂縫進行了分析，提出了可行的加固措施。

1 設計概況與病害介紹

1.1 蓋梁設計與施工概況

大橋主橋上部結構為下承式系桿拱橋，引橋為預應力混凝土空心板梁橋。主墩為三柱框架式橋墩，墩柱為兩端圓端形，墩柱上方為蓋梁。蓋梁為長18.5 m，寬2.5 m，高1.0 m的鋼筋混凝土結構。

1.2 蓋梁病害

主橋過渡墩蓋梁的負彎矩區域存在嚴重的豎向裂縫病害，裂縫寬度最大為0.5 mm。裂縫的長度基本與蓋梁高度相同。該種豎向裂縫的性狀和分布具有共性。在蓋梁的底面還存在間距30 cm～50 cm的橫向裂縫，裂縫寬度小于0.1 mm，此外蓋梁存在下撓現象，中間底面較兩側支撐處底面低2 cm左右，病害見圖1。

2 病害原因分析

根據裂縫所處位置，裂縫寬度與深度可從兩方面對其分析:

一方面蓋梁裂縫所處的區域為正負彎矩較大的區域，因此需要對蓋梁進行結構驗算分析，以評價蓋梁正常使用狀態下的承載能力。

另一方面由于施工蓋梁采用支架現澆的方法，而該蓋梁混凝土的澆筑量較大，施工時若支架預壓效果較差，可能引起跨中混凝土下撓，墩柱較蓋梁的剛度大，約束了蓋梁的變形，引起蓋梁墩柱位置蓋梁頂部兩側開裂，并隨著荷載的作用而逐漸發展。

2.1 結構驗算分析

主墩蓋梁同時承受主橋與引橋上部結構的力作用，主橋的支座均放置于墩柱頂部，其作用力直接由墩柱承擔，因此蓋梁所承受的作用力主要為引橋上部結構引起。

分析時，首先得出引橋在各種荷載組合作用下的支座反力，以確定蓋梁的受力情況。驗算截面為蓋梁兩墩柱中間截面以及蓋梁在墩柱頂位置區域截面。

1)上部結構恒載作用。上部結構恒載與活載作用對蓋梁截面產生的內力分別計算，上部結構恒載的作用力通過支座傳給蓋梁，計算假設每片板梁下有一個支座，計算圖式見圖2。

2)上部結構活載作用。a.計算各主梁橫向分布影響線。b.計算蓋梁中截面以及墩頂截面的彎矩和剪力影響線，查各主梁對應位置的影響線數值。c.將各主梁橫向分布影響線分別放大η4i倍并對應迭加［2］，即生成蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線C4，j=∑Aij× η4i，如:C4，2= ∑Ai2× η4i=0.119 ×0.635+0.104 ×1.016+0.114 ×1.422+0.118 × 1.862+0.105 × 1.344+0.085 ×0.879+0.07 ×0.474+0.057 ×0.138 6+0.047 × (－0.118 2)+0.039 ×(－0.296 5)+0.032 × (－0.405 1)+0.027 × (－0.452 9)+0.024 × (－0.449)+0.021 × (－0.402 3)+0.019 ×(－0.321 8)+0.019 ×(－0.216 6)=0.789 7。蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線見圖3。d.對蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線用動態規劃布載，取三車道時，其最大荷載橫向分布系數m4=1.485 3，三車道折減系數0.78，得 m4=1.485 3 ×0.78=1.158 5。而兩車道計算時該橫向分布系數為 m4=1.396 4。e.依上述a.～d.步驟算出蓋梁截面在支點處的橫向分布系數m4=1.131 7。

根據支點反力影響線和橫向分布系數沿縱向的變化，求出蓋梁中截面由上部結構活載作用下的彎矩，并求出計算截面的剪力。通過內力驗算滿足規范要求。

3)截面驗算。計算得出蓋梁中間截面下緣出現裂縫，寬度為0.108 mm，而墩頂截面上緣出現裂縫寬度為0.157 mm，均滿足規范的要求。

2.2 施工階段支架沉降分析

蓋梁下撓現象明顯，考慮到施工支架的預壓不充分等原因可能引起蓋梁中部分下沉而產生裂縫。分析假定混凝土強度達到設計強度的60%～80%時，蓋梁中間區域支架下沉5 mm～15 mm，計算其對蓋梁的影響。

當施工階段兩墩柱中間區域支架下沉5 mm～15 mm范圍時，中間截面將產生正彎矩，墩柱頂截面產生負彎矩，此時，中截面下緣和墩柱頂截面上緣的裂縫寬度較小，但拆除支架后，蓋梁在自重作用下引起的裂縫寬度增大，橋梁運營后，由上部結構對蓋梁的作用又進一步增大了裂縫寬度。事實上如果施工期裂縫出現后，蓋梁的耐久性會有所下降，根據現場情況可知，蓋梁處漏水現象明顯，更加劇了裂縫的發展，因此墩柱頂的寬度較大。

3 現場檢測與應變測試

為檢測蓋梁裂縫在外荷載作用下是否繼續發展，對蓋梁裂縫區域進行了混凝土應變測試。

連續測試接近40 min，由測試結果可知，混凝土應變變化較小，混凝土應變最大在15 με～20 με，說明在汽車荷載作用下，裂縫寬度變化較小，但其變化方向一直交替進行，長期作用必將使裂縫寬度增大。圖4給出了一跨裂縫處的應變隨時間的變化。

4 結語

該過渡墩深受彎蓋梁在正常使用極限狀態下，中截面下緣和墩頂截面上緣裂縫寬度均滿足規范的要求。但考慮施工階段支架產生變形后的分析表明裂縫不滿足要求。此外在汽車荷載作用下，裂縫寬度一直在變化，長期作用將使其不斷增大。維修加固時可以先對裂縫進行封閉灌漿處理，然后在底面粘貼碳纖維布或鋼板，同時在墩柱和蓋梁交接處粘貼斜向鋼板以擴大抗剪承載力。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［2］林燦文.公路蓋梁計算新方法［J］.建材與裝飾(下旬刊)，2007(7):353-354.