大空心板梁跨中斜向裂縫的成因分析

巴 力，王 凱

(北京鐵科工程檢測中心，北京 100081)

大空心板梁跨中斜向裂縫的成因分析

巴 力，王 凱

(北京鐵科工程檢測中心，北京 100081)

針對某條高速公路預(yù)制大空心板梁跨中腹板出現(xiàn)斜向裂縫，通過靜載試驗分析，認(rèn)為裂縫成因主要與梁體預(yù)應(yīng)力度不足以及防撞墻跨中處設(shè)置鋸縫有關(guān)。為此，建議在設(shè)計過程中充分考慮防撞墻與邊梁協(xié)同受力，防止類似病害的發(fā)生。

大空心板梁 腹板斜向開裂 靜載試驗

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)簡單、施工便捷，具有建筑高度小、便于做成直橋(斜橋)、可標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化施工、吊裝重量小等優(yōu)點(diǎn)，在中小跨徑橋梁中被廣泛應(yīng)用。但在建設(shè)使用過程中也存在一些問題。

本文以某條高速公路預(yù)制大空心板梁橋為背景，結(jié)合靜載試驗結(jié)果，對大空心板梁跨中出現(xiàn)斜向裂縫的成因進(jìn)行分析。

1 工程背景

橋梁上部結(jié)構(gòu)為17×25 m預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡支大空心板梁，每跨橋由16片大空心板梁組成。大空心板邊板寬1.495 m、中板寬1.490 m，底板寬0.80 m，板高1.05 m，腹板厚 15 cm，底板厚 11～16 cm，頂板厚10 cm。大空心板頂部設(shè)置厚10 cm現(xiàn)澆混凝土整體化層及厚8 cm瀝青鋪裝層。主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋采用規(guī)格為5-φ15.24 mm的低松弛鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。箱梁及整體化層采用C40混凝土。每跨跨中位置防撞墻設(shè)置了1～2 cm的切縫。橋跨橫向布置見圖1，梁體一般構(gòu)造見圖2。

圖1 跨中1/2橫斷面(單位:cm)

圖2 梁體一般構(gòu)造(單位:cm)

檢查中發(fā)現(xiàn)，邊梁跨中位置外側(cè)腹板普遍出現(xiàn)較多斜向裂縫，裂縫最大寬度達(dá)0.41 mm，裂縫由底板向腹板斜向向上延伸，開裂范圍基本分布在跨中左右各1 m范圍內(nèi)。個別邊梁跨中位置內(nèi)側(cè)腹板還存在豎向裂縫。邊梁外側(cè)腹板斜向開裂狀況如圖3所示。

圖3 外邊梁腹板斜向裂縫

2 荷載試驗分析

2.1 測試截面及測點(diǎn)布置

此次荷載試驗選取跨中截面1#至5#梁進(jìn)行測試，為消除1#梁截面開裂對梁體受力的影響，在距跨中截面5 m處選擇一正常截面進(jìn)行對比測試。測試截面布置見圖4，測點(diǎn)布置見圖5。

圖4 測試截面布置(單位:m)

圖5 測點(diǎn)布置

2.2 試驗結(jié)果分析

2.2.1 應(yīng)變沿截面高度分布分析

2#，3#，4#梁隨著荷載效率的增加，中性軸有所上移，2#梁平均中性軸高度由83.4 cm變?yōu)?7.4 cm，3#梁平均中性軸高度由82.8 cm變?yōu)?6.5 cm，4#梁平均中性軸高度由80.7 cm變?yōu)?6.5 cm，這說明隨著荷載的增加，梁體底緣裂縫沿腹板往上延伸引起中性軸的上升。圖6給出了A截面2#梁外側(cè)腹板實測應(yīng)變沿截面高度分布狀況，即在2級、4級、6級荷載作用下梁底應(yīng)變分別約為120×10－6，400×10－6，600×10－6。

圖6 A截面2#梁外側(cè)腹板實測應(yīng)變沿截面高度分布

2.2.2 截面抗裂性分析

圖7給出了1#梁梁測、梁底及4#梁梁側(cè)抗裂測點(diǎn)實測應(yīng)變隨加載效率變化的關(guān)系，可以看出梁體抗裂測點(diǎn)實測應(yīng)變與荷載效率間的線性關(guān)系不良，隨著荷載效率的提高，實測應(yīng)變變化率有明顯增大的趨勢，部分裂縫旁測點(diǎn)在加載測試初期或中期也出現(xiàn)退化現(xiàn)象，由此可以推斷橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力度不足。

測點(diǎn)1-10及1-11為腹板下緣抗裂測點(diǎn)，測試過程中出現(xiàn)退化現(xiàn)象，這說明兩測點(diǎn)間的豎向裂縫有較為明顯的擴(kuò)展。試驗顯示，測點(diǎn)1-12在第二級加載時出現(xiàn)退化，1-13在第三級出現(xiàn)退化，1-14在最大級時由受壓變?yōu)槭芾@說明在加載過程中，隨著荷載的增大，裂縫在不斷向上延伸。

圖7 梁體實測應(yīng)變與加載效率的關(guān)系

2.2.3 腹板斜裂縫測點(diǎn)

表1給出了外側(cè)腹板跨裂縫測點(diǎn)實測值。各測試應(yīng)變點(diǎn)卸載殘余均較小，說明截面變形處于彈性狀態(tài);測點(diǎn)實測應(yīng)變隨加載等級提高呈上升趨勢，說明跨中外腹板斜裂縫為受力裂縫;在最大級荷載工況下，跨縫測點(diǎn)最大應(yīng)變值為2 984×10－6，換算腹板斜裂縫最大擴(kuò)展0.45 mm，梁體裂縫擴(kuò)展較大。

表1外側(cè)腹板跨裂縫實測應(yīng)變值 ×10－6

2.2.4 病害原因分析

試驗結(jié)果顯示1#～5#梁跨中截面均存在預(yù)應(yīng)力度不足的現(xiàn)象，但僅有1#梁外腹板出現(xiàn)斜向開裂。經(jīng)病害統(tǒng)計，跨中斜向裂縫均出現(xiàn)在邊梁外腹板且防撞墻跨中設(shè)置了1道鋸縫處。推斷邊梁跨中外側(cè)腹板斜向裂縫的產(chǎn)生與該處由于設(shè)置鋸縫而引起的截面削弱有關(guān)。

3 結(jié)論

本文介紹的高速公路上部結(jié)構(gòu)大空心板梁邊梁跨中部位出現(xiàn)斜向開裂，主要與梁體預(yù)應(yīng)力度不足以及防撞墻跨中部位設(shè)置鋸縫有關(guān)。防撞墻一般都參與了結(jié)構(gòu)受力，因此在設(shè)計過程中應(yīng)予以考慮，防止設(shè)置鋸縫而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)類似病害。

［1］季秋成.空心板鉸縫破壞機(jī)理及防治措施研究［D］.西安:長安大學(xué)，2009.

［2］中華人民共和國運(yùn)輸部.JTG/T J21—2011 公路橋梁承載能力評定規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］徐毅，高巖，袁磊.先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋梁梁端裂縫狀態(tài)評估與加固［J］.鐵道建筑，2014(11):29-32.

［4］邵華英，劉旋云.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修加固技術(shù)的對比研究［J］.中外公路，2010(3):198-202.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 2092—2003 預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法與評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.

(責(zé)任審編 孟慶伶)

U446.1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.05

2015-08-11;

:2015-09-15

巴力(1984— )，男，助理研究員，碩士。

1003-1995(2015)11-0018-03