大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁開裂原因分析

劉俊勇

(黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁開裂原因分析

劉俊勇

(黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

介紹了大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁開裂原因。主要包括混凝土材料性能不好引起的裂縫、設(shè)計(jì)方面引起裂縫的原因和施工方面引起裂縫的原因。

箱梁;開裂;原因

1 混凝土材料性能不好引起的裂縫

目前在修建的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中，常采用C50以上級(jí)別的高標(biāo)號(hào)混凝土。但通過這些大型橋梁的建設(shè)、使用，發(fā)現(xiàn)目前使用的高標(biāo)號(hào)混凝土存在如下問題：

(1)水泥標(biāo)號(hào)低，用量大。由于受到工程造價(jià)、材料等因素的制約，高標(biāo)號(hào)混凝土大多采用425#水泥配制。采用低標(biāo)號(hào)的水泥配置高標(biāo)號(hào)混凝土，加之施工工期的要求，必然要加大水泥用量，從而造成水泥用量過大，某些橋梁混凝土中的水泥用量達(dá)到了500～550 kg/m3。

(2)混凝土材料的控制指標(biāo)較為單一。不少施工單位在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，往往把強(qiáng)度作為唯一的控制指標(biāo)，按規(guī)范要求或以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一組配合比設(shè)計(jì)，試配后強(qiáng)度達(dá)到要求就算完成了;若達(dá)不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，只重視混凝土的強(qiáng)度，而忽略了混凝土的收縮量、徐變性能、堿含量、氯離子含量等性能指標(biāo)。水泥用量過多，往往導(dǎo)致混凝土早期收縮裂縫的產(chǎn)生和徐變增大，而且也相應(yīng)增加了施工成本。

(3)由于水泥用量大，混凝土材料控制指標(biāo)單一，導(dǎo)致混凝土的收縮變形較大，容易引起早期開裂現(xiàn)象。最常見的開裂表現(xiàn)為頂板縱向裂縫、底板縱向裂縫、沿管道縱向裂縫等，影響了橋梁的受力和安全使用，降低了結(jié)構(gòu)的耐久性。

(4)混凝土的后期徐變變形與水泥用量有關(guān)，水泥用量越大，其后期變形就越大，往往導(dǎo)致主梁跨中后期撓度過大、腹板、底板開裂，降低了結(jié)構(gòu)的承載力和安全性。

混凝土的材料性能決定了橋梁的工作性能和耐久性。如果混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理，即使設(shè)計(jì)再先進(jìn)，施工再精細(xì)，管理再嚴(yán)格，也很難避免橋梁出現(xiàn)開裂、下?lián)系葐栴}，就有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的最終破壞，降低橋梁的使用壽命，并對(duì)橋梁的安全性造成極大的威脅。

2 設(shè)計(jì)方面引起裂縫的原因分析

(1)目前在橋梁設(shè)計(jì)中廣泛使用桿系有限元計(jì)算理論，在處理箱梁這種空間效應(yīng)突出的結(jié)構(gòu)時(shí)，在很多情況下將產(chǎn)生較大誤差，如不能考慮溫度場的空間分布、不能考慮荷載偏載影響等，對(duì)箱梁的剪力滯效應(yīng)、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、畸變應(yīng)力等不能準(zhǔn)確計(jì)算。

(2)溫度梯度會(huì)引起很大的應(yīng)力，是導(dǎo)致連續(xù)梁橋出現(xiàn)裂縫的主要原因。目前在橋梁設(shè)計(jì)中，采用我國公路橋梁規(guī)范規(guī)定的溫度模式。但由于我國不同地區(qū)的氣候條件和地理環(huán)境差別較大，采用規(guī)范規(guī)定的統(tǒng)一溫度模式與實(shí)際出入較大，導(dǎo)致不能從理論上準(zhǔn)確分析溫度作用下箱梁截面的應(yīng)力分布規(guī)律及其對(duì)裂縫的影響。

另外，在施工過程中，由于太陽直接照射在箱梁頂板上，導(dǎo)致頂板的溫度要大大超過規(guī)范值，從而在箱梁內(nèi)引起很大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致箱梁在施工過程中的開裂。

(3)目前在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，很難對(duì)箱梁的細(xì)部(如錨固區(qū)、橫隔梁、0#塊、頂板底板腹板的橫向效應(yīng)等)進(jìn)行詳細(xì)的分析，只是按照類似經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)配筋。實(shí)際上，這些部位應(yīng)力分布復(fù)雜，僅憑簡單的計(jì)算無法把握其真實(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。

(4)混凝土的收縮、徐變是引起箱梁開裂的主要原因。但準(zhǔn)確計(jì)算混凝土收縮、徐變的影響較為困難，主要在于混凝土的收縮、徐變參數(shù)較難確定，很難從理論上建立能夠準(zhǔn)確反映橋梁實(shí)際情況的徐變分析模型，不能準(zhǔn)確地評(píng)估混凝土收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的影響程度。

(5)設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)。在設(shè)計(jì)中未能考慮施工中實(shí)際存在的問題，如節(jié)段間齡期差導(dǎo)致的混凝土收縮差，施工期間的溫度作用、模板的摩阻力等，未能在設(shè)計(jì)中采取有效措施，從而導(dǎo)致了箱梁的開裂。

(6)在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中，常常設(shè)置構(gòu)造鋼筋，主要是為了提高抗裂性，防止由于設(shè)計(jì)或施工原因、溫度應(yīng)力與局部應(yīng)力、一些難以分析的因素(如計(jì)算時(shí)采用平截面假定，但很多區(qū)域并不適用，如截面突變處、孔道、槽口端部，很大的集中荷載、反力或后張預(yù)應(yīng)力作用變向的區(qū)域、橫隔梁或接縫處)等導(dǎo)致的裂縫。但目前箱梁中的構(gòu)造鋼筋普遍偏少，且大多沿用中小橋梁普通鋼筋的配置方式，沒有考慮到大跨徑橋梁箱形截面的受力特點(diǎn)。

(7)在施工過程中，太陽直接照射在箱梁頂板表面上，導(dǎo)致箱梁的溫度梯度模式與規(guī)范規(guī)定的模式相差甚遠(yuǎn)。但由于設(shè)計(jì)階段依據(jù)的是規(guī)范溫度模式，因此，箱梁將受到與設(shè)計(jì)不符的溫度作用，從而導(dǎo)致頂板預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)不滿足施工階段的要求，使得箱梁在施工階段即出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

3 施工方面引起裂縫的原因分析

(1)箱梁裂縫尤其是早期裂縫的出現(xiàn)，與混凝土的施工工藝有很大關(guān)系。混凝土的拌制、澆注、養(yǎng)護(hù)條件等對(duì)混凝土的性能有很大的影響，施工條件好、養(yǎng)護(hù)條件好的施工可以減少箱梁裂縫，減小后期撓度。

另外，由于高強(qiáng)混凝土水灰比小，在強(qiáng)度形成的早期需水量大，若施工中模板拆除較晚，將導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。

(2)高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋常作為橋梁結(jié)構(gòu)的豎向預(yù)應(yīng)力筋用于混凝土箱梁腹板中。由于對(duì)其錨固及錨固過程中的應(yīng)力損失不能做到有效控制，導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求甚至失效，這是目前箱形預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)腹板出現(xiàn)裂紋的主要原因之一。

U445.7

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1008-3383(2012)11-0086-01

2012-06-12