預應力混凝土連續(xù)剛構箱梁橋裂縫病害分析

馬金寶 楊榮棟

【摘要】為了減少橋梁裂縫的影響，本文從現(xiàn)澆梁支架的使用開始，從多個方面對預應力混凝土連續(xù)剛構箱梁橋裂縫病害進行分析和闡述。

【關鍵詞】預應力；混凝土；裂縫；病害

中圖分類號：TU378文獻標識碼： A

一、前言

由于預應力混凝土連續(xù)箱梁具有穩(wěn)定性良好、具有較高的抗扭強度等優(yōu)點，在現(xiàn)在的橋梁施工建設中得到了廣泛的使用。但是由于現(xiàn)在許多混凝土梁橋都出現(xiàn)了裂縫，并且裂縫有逐步擴大之趨勢，嚴重影響了正常的交通，因此，我們需要對其進行分析，以便減少災害的發(fā)生。

二、現(xiàn)澆梁支架的使用

在橋梁施工的過程中，現(xiàn)澆梁支架的穩(wěn)定性等會對橋梁體的質量與外觀產生直接的影響，成為影響現(xiàn)澆梁施工質量的第一個要素。當前常用的做法是通過使用萬能網與腳手架做成滿堂腳手架的方法來完成。這一方法需要地基基礎表面需要非常的堅實和平整。在進行搭建的過程中，需要特別注意做好支架垂直度的調整。通過對支架的剛度、支架韌性的準確計算來進行施工。

1.現(xiàn)澆梁支架的注意事項

在進行混凝土澆注的時候，不均勻的分布時會造成支架的檢算不利，在施工的時候附加預應力出現(xiàn)的附加變形，也會對支架的穩(wěn)定性等產生不利的影響。

2.強度等荷載的檢算

在進行強度檢算的時候，檢算的荷載主要有：支架自身的重量、模板自身的重量、梁體自身的重量、施工時產生荷載、進行混凝土澆注時產生的沖擊荷載等。對于多跨連續(xù)梁支架，需要對基礎沉降的影響系數(shù)做好全面的考慮。對于穩(wěn)定性的檢算，要求做好模板與支架的迎風面積、支架的高度、風壓等因素的考慮。

三、大跨度預應力混凝土箱梁橋長期下?lián)铣梢蚍治?/p>

1.混凝土非均勻收縮分析

混凝土收縮、徐變是引起結構長期變形的重要因素之一，同時也會引起結構內力的重分布。自收縮、塑性收縮、干燥收縮和碳化收縮是混凝土收縮的四種主要類型。其中混凝土結構收縮變形的主要因素來自于干燥收縮與自收縮。干燥收縮是混凝土停止養(yǎng)護后，置于未飽和空氣中的混凝土因失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生體積改變的不可逆收縮。自收縮是指在初凝后水化時產生的表觀體積減小現(xiàn)象，它不包括自身物質增減、外部加載、溫度或約束變化而引起的體積變化。

現(xiàn)有的收縮預測模型中構件理論厚度均以表面積周長比或體積表面積比來計算，從而以此作為干燥收縮計算中的重要參數(shù)。與此同時，將箱梁各部位的有效厚度平均進行箱梁結構的計算，忽視了不均勻收縮對箱梁截面產生的影響。另外，處于自然環(huán)境中的實際結構，其收縮發(fā)展受外界溫度及濕度交替變化影響顯著。而現(xiàn)有模型僅考慮了固定溫、濕度條件下的收縮變形，導致與實際情況偏差較大。

2.由于梁體開裂導致的結構剛度衰減分析

箱梁腹板斜裂縫是大跨預應力混凝土箱梁橋在運營期內的常見病害形式，隨著服役年限的增加，嚴重威脅結構安全和使用壽命。同時，斜裂縫開展對撓度的影響只反映在經驗參數(shù)上，尚缺乏完整的系統(tǒng)研究。

箱梁腹板開裂后，引起開裂處剪切剛度明顯減弱，進而使得結構整體剛度顯著下降。為分析腹板開裂情況對主梁結構整體剛度的影響，選取某大跨度預應力混凝土箱梁橋進行分析研究，首先分別定義了線彈性和非線性兩種模型，在同等荷載水平條件下比較兩者整體剛度差異。其中線彈性模型是指將開裂區(qū)段混凝土結構定義為線彈性材料，而不考慮混凝土開裂以及材料非線性對結構整體剛度的影響。采用線彈性與非線性模型的大跨度預應力混凝土箱梁橋跨中撓度進行對比。當λ<λcr，時，即：腹板混凝土開裂前，兩者變形計算結果差別較小，且非彈性撓度增量速度較快；當λ>λcr 時，即：腹板混凝土開裂后，兩者的差別隨著變形增加而加大，非彈性撓度增量速度相對開裂前有所減慢。

四、結構的作用效應

由于現(xiàn)如今的科學技術的限制，對于分析和理論的手段都比較缺乏，結構在比較確定的作用下的作用效力可以比較安全的確定其具體參數(shù)，這已經被眾多現(xiàn)場人員所確定。

但在國內現(xiàn)行的預應力混凝土連續(xù)剛構橋的設計實踐中，由于平面桿系結構分析和三維實體結構分析之間計算量的巨大差別，使得一般在結構靜力分析時，均將結構簡化為平面桿系結構模型而只進行平面分析，并未考慮混凝土薄壁箱梁的空間整體效應對其進行三維空間分析。如果箱梁頂板的預應力不能夠得到有效的保障，那么在橋梁的運營階段將會對結構造成巨大的影響，由于各種因素的影響，箱梁頂板跨中的板底將會出現(xiàn)許多縱向的裂縫。

除此之外，操作規(guī)范對于預應力錨下局部承受區(qū)這一個受力情況極其復雜的區(qū)域，并沒能夠有詳細的分析方法。由此可能造成因為錨下局部抗裂的能力不足，造成錨下的混凝土產生裂痕。

五、預應力混凝土箱梁橋施工裂縫的修補

為了提升預應力混凝土箱梁橋施工的質量，避免由于裂縫的產生對橋梁壽命的影響，需要做好已有橋梁裂縫的處理工作。可以使用日本一橋梁建設公司研發(fā)的BICS 方法，對橋梁裂縫進行處理，這一修補方法所使用的修補材料是BL—GROUT，他的力學參數(shù)為：抗壓能力大于50MPa，材料的抗剪能力大于10MPa，材料的抗壓彈性模量大于1000MPa，這種修補材料有著明顯的優(yōu)勢：首先具備了優(yōu)秀的柔韌特性，在固化之后，仍然具備一定的韌性，保證了再裂縫受到沖擊時，仍具備非常好的粘結力。優(yōu)秀的抗?jié)B透能力，所需要灌注膠的黏度僅僅需要在300～500cp，既能夠保證具備很強的滲透能力。非常有效的抗收縮能力。材料的超低黏度的注入材料不含稀釋性溶劑，因此保證了材料在固化后不會產生收縮等問題。

瞬間固化的特點。在材料注入以后，材料的固化有兩個階段：首先材料在達到臨界溫度之前，材料是液態(tài)形式存在的，在達到了臨界溫度以后，在非常短的時間內會快速的產生固化，瞬時達到臨界強度的70%。這就能夠保證被修補的構建在受到震動、外力沖擊的時候不會對修補的效果產生影響。

在材料硬化完成之后，因為具備了很強的化學穩(wěn)定性和抗水蝕能力，不容易受到雨雪水、海水、一些酸堿溶液等物質的破壞，提升了混凝土結構的使用壽命。在進行處理的時候，通過使用合成橡膠管狀注入器的自然彈性所產生的壓力，把專用的高分子樹脂修補材料緩緩的壓入到出現(xiàn)的裂縫里面。橡膠管在諸如的時候，壓力要保持在0.3MPa，保證修補材料能夠注入到0.02 mm的混凝土裂縫的末端位置。而且這種緩慢注入的壓力能夠有效地降低裂縫中積存的空氣造成的氣阻，從而提升混凝土裂縫的修補質量。

六、預應力混凝土箱梁橋施工模板的支架

1.避免內模上浮問題

在橋梁施工的過程中經常會遇見內膜上浮的問題，內膜上浮問題對構建的截面尺寸等產生了嚴重的影響，在施工的過程中，可以通過在內膜的頂部增加垂直壓力的辦法來解決內膜上浮的問題。就是在橫向的槽鋼上進行鋼管的栓接，讓鋼管抵在內模的頂板位置，槽鋼的兩頭使用緊固螺栓進行拉緊的辦法，兩側的外模鋼支撐同底模固定在一起，就能夠有效地防止內模上浮的問題。

2.避免內模產生左右位移

為了有效的對內膜固定，保證內膜不會偏移軸線的部位，需要使用高強度的混凝土塊、方木等材料，實現(xiàn)對內膜和外側模頂牢固，在進行混凝土澆筑的時候，將這些方木逐漸的去掉。

3.內模的底板使用活動板

把內膜的地板設計成為能夠進行分塊活動的板材，在進行混凝土澆筑的時候，將底板掀起，在混凝土澆筑完成以后，再將內膜地板放下，在固定完成之后，進行腹板混凝土的澆筑工作。沒有使用活動板的情況下，如果因為施工工藝安排的問題，則會造成底板與側板之間出現(xiàn)接縫，對箱梁的整體性產生不利的影響。在使用活動板之后，能夠把鋼筋、模板實現(xiàn)全部的安裝和固定，一方面能夠提升混凝土的澆筑質量，另一方面能夠有效提升施工的效率。

結語

根據以上所述，預應力混凝土箱梁橋的施工進行中，為了減少裂縫產生的概率，施工人員在施工過程中應當嚴格操作規(guī)范，以減少因操作的原因造成的裂縫的發(fā)生，在裂縫發(fā)生之后，我們還應該對其進行一定的修補，以免增大裂縫的擴展，造成巨大的安全隱患。

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