箱梁梁體裂縫成因及防護(hù)分析

劉 永 亮

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

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箱梁梁體裂縫成因及防護(hù)分析

劉 永 亮

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

結(jié)合某橋梁工程案例，介紹了箱梁梁體裂縫的類型，分析了各種裂縫的產(chǎn)生原因，并從施工、選材、設(shè)計(jì)等方面，闡述了箱梁梁體裂縫的防護(hù)措施，從而確保箱梁梁體結(jié)構(gòu)的安全性。

箱梁，梁體裂縫，防護(hù)措施

0 引言

在橋梁工程建設(shè)中，箱梁被廣泛運(yùn)用，但是在施工和使用過程中，梁體表面常常會(huì)出現(xiàn)各種裂縫。裂縫會(huì)使梁體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力和變形呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至嚴(yán)重危及箱梁梁體結(jié)構(gòu)的安全性。所以分析箱梁梁體裂縫產(chǎn)生的成因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，具有十分重要的工程價(jià)值。

1 工程概況

某大橋?yàn)橐蛔卮髽蛄海摯髽蚴沁B續(xù)梁橋，橋長2 000 m。該大橋的箱梁是單箱單室形截面，隨著橋梁服役時(shí)間的推移，箱梁梁體多處出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該大橋產(chǎn)生的裂縫走向?yàn)?0°～70°之間，所呈現(xiàn)出的預(yù)應(yīng)力箱梁橋梁體裂縫的類型各種各樣。

2 箱梁梁體裂縫類型

預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的裂縫分布有10種類型：1)集中在支座附近的邊跨斜裂縫；2)集中在邊端支座附近、腹板的上緣的邊跨水平裂縫；3)集中在支座附近的中跨斜裂縫；4)集中在1/4～3/4橋跨之間的中跨水平裂縫；5)靠近腹板上緣的邊跨水平裂縫；6)中跨的水平裂縫、斜裂縫同時(shí)發(fā)生；7)底板、頂板處的縱向裂縫；8)底板、頂板處的橫向裂縫；9)放射性裂縫集中在箱梁橫隔板處；10)錨固端附近裂縫[1]。

3 裂縫成因分析

3.1 裂縫成因的一般情況分析

1)在箱梁設(shè)計(jì)過程中，由于溫度變化引起的應(yīng)力值偏小：溫度應(yīng)力對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在箱梁底板與頂板溫度不一致導(dǎo)致整體混凝土收縮徐變引起的應(yīng)力值。我國頒布的相關(guān)規(guī)范對(duì)于箱梁設(shè)計(jì)過程中需要考慮的溫度變化引起的應(yīng)力有明確規(guī)定。由于溫度變化引起的應(yīng)力值對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大影響，其影響能力不低于活荷載。如果考慮的溫度應(yīng)力值偏小，就會(huì)降低箱梁結(jié)構(gòu)的受力特性，從而導(dǎo)致箱梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向裂縫。這種情況在很多國內(nèi)外有關(guān)箱梁結(jié)構(gòu)的研究與箱梁實(shí)際使用中普遍存在。2)箱梁澆筑過程中，由于鋼束的張拉應(yīng)力過大：對(duì)于預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件(即全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件)，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候，要考慮箱梁的預(yù)拱度，使箱梁保留一定的預(yù)拱度，一方面能夠更好的指導(dǎo)施工，另一方面能夠減少預(yù)應(yīng)力損失。基于以上原因，在對(duì)箱梁進(jìn)行縱向張拉時(shí)，就需要采取一定的超張拉，提高壓應(yīng)力的儲(chǔ)備值，儲(chǔ)備值的范圍一般為2 MPa～3 MPa。但是在實(shí)際施工過程中，張拉應(yīng)力不容易準(zhǔn)確控制，導(dǎo)致儲(chǔ)備值超出允許范圍，使得壓應(yīng)力過大，預(yù)拱度過大，從而使箱梁的頂板拉應(yīng)力過大，在跨中部位產(chǎn)生縱向裂縫，裂縫的方向一般與預(yù)應(yīng)力管道截面平行。所以說，箱梁縱向裂縫的產(chǎn)生跟張拉應(yīng)力過大也有很大關(guān)系。3)天氣溫差大導(dǎo)致箱梁產(chǎn)生裂縫：這點(diǎn)在我國北方地區(qū)體現(xiàn)的尤為明顯，北方地區(qū)四季分明，以東北為例，冬季最低氣溫可達(dá)到-30°，夏季最高氣溫能達(dá)到30°，春秋季節(jié)日夜溫差也很大。在溫差的作用下，混凝土?xí)a(chǎn)生收縮徐變，引起較大的溫度應(yīng)力，使得縱向預(yù)應(yīng)力無法產(chǎn)生拉應(yīng)力，而橫向預(yù)應(yīng)力則會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，造成箱梁開裂。因此，天氣溫差過大也會(huì)造成箱梁產(chǎn)生裂縫。4)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿技術(shù)與壓漿漿液質(zhì)量對(duì)箱梁裂縫的影響：對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力施工，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢，需要對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行壓漿處理。壓漿過程，對(duì)于壓漿的速度、順序、滿漿的判斷都有很高的要求，壓漿速度過快、順序不對(duì)，就會(huì)在預(yù)應(yīng)力孔道中產(chǎn)生很大壓力，從而使得梁體在豎向方向產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在縱向預(yù)應(yīng)力與該拉應(yīng)力共同作用下，使得箱體產(chǎn)生裂縫。漿液的質(zhì)量同樣會(huì)對(duì)箱體產(chǎn)生很大的影響，水灰比過大就會(huì)使得漿液中過多的水分留在孔道中無法排出，對(duì)箱體混凝土產(chǎn)生堿蝕，并且在低溫作用下冷凍膨脹破壞，使箱體產(chǎn)生裂縫[2]。5)預(yù)應(yīng)力孔道位置偏差對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的影響：在相關(guān)規(guī)范與設(shè)計(jì)圖紙中，都對(duì)箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼束與預(yù)應(yīng)力孔道做了詳細(xì)要求與布置，對(duì)其需要控制的坐標(biāo)點(diǎn)也有詳細(xì)說明。但是在具體施工過程中，由于施工管理水平限制，同時(shí)受到普通鋼筋位置的干擾，出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力孔道定位偏差，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢后，預(yù)應(yīng)力對(duì)箱體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓應(yīng)力出現(xiàn)偏差，局部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，使得箱梁出現(xiàn)裂縫。

3.2 腹板斜裂縫分析

對(duì)腹板斜裂縫分析計(jì)算時(shí)，主要是針對(duì)橋梁具體的使用情況來進(jìn)行分析計(jì)算，通過分析發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，很容易超過應(yīng)力的最大范圍，從而導(dǎo)致相應(yīng)范圍裂縫情況的產(chǎn)生[3]。為保證所計(jì)算的預(yù)應(yīng)力在規(guī)定的范圍之內(nèi)，需要考慮橋梁截面應(yīng)力最不利數(shù)值和不同豎應(yīng)力損失情況確保所計(jì)算的預(yù)應(yīng)力在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

3.3 底板位置處的縱向裂縫分析

大橋的底板縱向裂縫的原因主要集中在以下兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是溫度應(yīng)力因素；第二個(gè)方面是預(yù)應(yīng)力曲線徑向力因素；其具體的情況如圖1所示。

在進(jìn)行底板縱向裂縫的計(jì)算分析過程中，要嚴(yán)格的按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：1)在進(jìn)行分析計(jì)算的過程中，要保證參數(shù)準(zhǔn)確性；2)計(jì)算大橋的底板內(nèi)平均有效預(yù)壓應(yīng)力以及大橋的鋼筋有效預(yù)應(yīng)力時(shí)，一定要分清兩者差別所在；3)在進(jìn)行計(jì)算所選擇的大橋曲線徑向力的過程中，要嚴(yán)格按照二次拋物線變化總結(jié)出方程結(jié)構(gòu)。

4 橋梁體裂縫的防護(hù)措施

1)橋梁體裂縫的封閉處理，對(duì)箱梁采用三種措施：a.用封縫膠灌注裂縫，進(jìn)行密封處理；b.粘貼碳纖維布，改進(jìn)梁體的承載能力；c.表面防護(hù)，延長其使用壽命[4]。2)橋梁體裂縫的保護(hù)處理。在進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力問題的處理過程中，必須避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大：a.梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中設(shè)置穿梭結(jié)構(gòu)，確保內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力傳遞整體性能；b.在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，要兼?zhèn)浣鉀Q從各個(gè)方面?zhèn)鬟f過來的應(yīng)力，進(jìn)而有效控制裂縫[5]。3)確保使用的材料和結(jié)構(gòu)的合理性來預(yù)防裂縫，處理好相應(yīng)的溫度梯度問題以及相應(yīng)的豎直應(yīng)力問題，保證裂縫豎直方向應(yīng)力可以有效得到擴(kuò)散。4)規(guī)范的施工工藝和施工質(zhì)量。橋梁修建澆灌混凝土?xí)r要配有專業(yè)人員對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)理和指導(dǎo)；在監(jiān)理的過程中注意發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題,保證工程順利完成。

5 結(jié)語

在施工和運(yùn)營過程中要減少裂縫的產(chǎn)生，必須結(jié)合裂縫產(chǎn)生的實(shí)際情況，結(jié)合箱梁梁體裂縫的成因采取必要的防護(hù)措施。箱梁梁體裂縫在施工中很常見，要針對(duì)箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，最為關(guān)鍵的是在設(shè)計(jì)時(shí)，要反復(fù)驗(yàn)算、合理考慮預(yù)應(yīng)力的大小并布置構(gòu)造鋼筋，特別是對(duì)易出現(xiàn)裂縫的部位，要加以嚴(yán)格控制，盡量減少裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)要對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行封閉、加固、補(bǔ)強(qiáng)處理，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

[1] 丁曉軍，孫友宏.箱梁裂縫的檢測分析與加固[J].北方交通，2013(6)：35-37.

[2] 李懷雷.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁頂推施工中梁體裂縫成因分析與防治措施[J].橋隧工程，2013(8)：132-133.

[3] 張國彬，郎春海，夏克勤.橋梁預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫檢測和加固處理[J].施工與技術(shù)，2012(2)：31-33.

[4] 秦 煜,劉來君,李青良,等.混凝土橋梁收縮特性影響因素敏感性分析[J].公路工程，2014(6)：27-30.

[5] 閆仙麗,李青寧.曲線箱梁橋的空間傳遞矩陣[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2014(10)：52-55.

Analysis on box girder cracking causes and protection

Liu Yongliang

(ShanxiJinzhongHighwayBridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

Combining with bridge engineering case, the paper introduces box girder cracking types, analyzes cracking causes, and describes the box girder cracks protecting measures from aspects of construction, material selection and design, so as to guarantee the box girder structure safety.

box girder, beam cracks, preventive measures

1009-6825(2016)05-0194-03

2015-12-09

劉永亮(1980- )，男，工程師

U445.71

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