連續(xù)剛構橋腹板開裂問題及處理辦法

陳 巍

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400041)

連續(xù)剛構橋腹板開裂問題及處理辦法

陳 巍

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400041)

連續(xù)剛構橋腹板開裂主要由溫度變化、混凝土的收縮徐變、材料、預應力損失、施工方法引起的。本文根據(jù)已有的文獻，在這五種主要原因的基礎上分析了連續(xù)剛構橋的腹板開裂問題并提出了防治辦法。

連續(xù)剛構橋；腹板開裂；防治辦法

1 引言：

連續(xù)剛構橋是當今國內(nèi)外應用十分廣泛的一種橋梁結構。連續(xù)剛構橋有兩種形式：主跨為連續(xù)梁的多跨剛構橋和多跨連續(xù)剛構橋，兩種形式采用的結構形式主要是預應力混凝土結構，他們都有兩個以上的主墩，主墩和主梁之間采用的是墩梁固結體系。連續(xù)剛構橋有很多優(yōu)點[1]，它不僅具有連續(xù)梁橋和T形剛構橋的共同優(yōu)點，而且與普通連續(xù)梁橋、T形剛構橋等同類型的梁橋相比連續(xù)剛構橋還具有自身獨特的優(yōu)勢。連續(xù)梁多跨剛構橋保持了連續(xù)梁橋上部構造屬性，不僅其跨越能力很大，而且還具有施工簡單，行車舒適，養(yǎng)護簡便，造價低等優(yōu)點。多跨連續(xù)剛構橋的主要特點是它在主跨的跨中設置一個鉸，而其邊跨仍為連續(xù)體系，利用邊跨連續(xù)梁的重量可以將T梁做成不等長的懸臂結構，這樣可以增大主跨的跨徑。

但隨著連續(xù)剛構橋的大量使用，它的一些不利特點也開始顯現(xiàn)出來。隨著橋梁使用年數(shù)的增加，其腹板位置易出現(xiàn)開裂情況[2-3]。這不僅給橋梁的后期維護帶來了極大的困難，更存在著嚴重的安全隱患。所以對于連續(xù)剛構橋的腹板開裂研究是一個很重要的橋梁課題。國內(nèi)的研究學者已經(jīng)對腹板開裂做了許多研究，本文根據(jù)這些研究基礎上對連續(xù)剛構橋的腹板開裂問題進行了分析總結，并給出了一些合理的防治措施[4-5]。

2 裂縫產(chǎn)生的原因：

2.1材料影響

材料對于連續(xù)剛構橋腹板開裂影響很大。在對腹板開裂的連續(xù)剛構橋做檢測時發(fā)現(xiàn)，有相當一部分橋梁都是因為混凝土配合比、坍落度設計不合理或者水的使用量過大，這些都會使混凝土產(chǎn)生開裂[6]。在澆筑腹板時，為了增加混凝土的流動性，往往會加大混凝土的含水量，在泵送混凝土過程中會出現(xiàn)局部區(qū)域骨料過多或者過少現(xiàn)象，此時混凝土脫水后就會出現(xiàn)骨料不均勻而產(chǎn)生裂縫。這些都是由材料引起的腹板開裂原因。

2.2溫度影響

由溫度變化引起的腹板開裂問題是不可避免的。由于橋梁處在的環(huán)境中早晚、冬夏溫差大，在橋梁結構上會產(chǎn)生較大的溫度梯度，由溫度梯度引起的溫度應力會在連續(xù)剛構橋腹板位置產(chǎn)生較大的附加彎矩從而產(chǎn)生不均勻變形[7]。這是引起腹板開裂一個十分重要的原因。另外箱梁內(nèi)部吸熱和散熱能力相對于橋面板都很慢，這就造成橋面板橫向收縮膨脹及箱梁內(nèi)壁與外壁溫差較大，使腹板內(nèi)外板面產(chǎn)生附加拉壓應力，這也給腹板造成了額外的負擔，長時間作用也會引起腹板開裂。最后混凝土澆筑初期，混凝土的水化熱也會造成混凝土內(nèi)外部較大的溫差，從而產(chǎn)生較大的溫度應力導致腹板開裂。

2.3土的收縮徐變影響

混凝土澆筑后會逐漸脫水硬化，混凝土中會留下細小的裂縫，隨著時間推移裂縫逐漸變大，這也是連續(xù)剛構橋腹板開裂的一個重要原因[8]。混凝土徐變也會造成混凝土開裂情況，長時間的徐變會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生附加彎矩[9]，徐變產(chǎn)生的附加彎矩與溫度梯度產(chǎn)生的附加彎矩一致，它對腹板的作用主要是增加其剪應力。

2.4預應力損失

預應力損失是造成連續(xù)剛構橋腹板開裂最主要的原因。隨著橋梁使用年限的增加，最初加載在預應力鋼絞線上的初始預應力會因種種原因損失一部分，橋梁使用年數(shù)越長，預應力損失越嚴重。預應力的損失必然會造成鋼絞線的松弛，腹板上的有效預加應力逐漸減小，混凝土也隨之開裂。

3 腹板開裂的防治：

3.1設計方面

對連續(xù)剛構橋的腹板開裂防治首先得從橋梁的設計入手[10]。首先，要改善連續(xù)剛構橋的高跨比。高跨比是影響橋梁剛度的一個很重要的參數(shù)，設計時適當考慮增大其高跨比來提高橋梁的整體剛度。其次，減小連續(xù)剛構橋拋物線次數(shù)、優(yōu)化線性，對于防止腹板開裂很有幫助。最后，設計時我們可以通過增加頂板負彎矩區(qū)預應力鋼束和增加中支點區(qū)的底板厚度來減小由溫度梯度和混凝土收縮徐變引起的附加彎矩。

3.2材料選取方面

選取材料時應嚴格控制，使用的骨料中不應含有堿性或氯離子等對預應力鋼束腐蝕較大的離子[11]。在對混凝土配合比設計時，應嚴格控制用水量。水灰比和塌落度對混凝土的開裂影響較大，不能為了增加混凝土的流動性而增大用水量。總之，配合出來的混凝土應滿足規(guī)范要求。

3.3溫度方面

為了減小由溫度應力引起的開裂情況，可以從溫度控制方面進行著手[12]。比如，選取級配良好的骨料，使用干硬性混凝土，在混凝土配合設計時加入引氣劑，適當減少水泥的用量等能有效減小溫度應力。另外，在橋梁的后期養(yǎng)護過程中，在腹板位置使用保溫材料防護從而減小溫度梯度引起的腹板開裂。

4 結論：

連續(xù)剛構橋是一種應用極為廣泛的橋梁結構形式，大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋已成為目前國內(nèi)外大跨橋梁主要采用的結構形式之一。隨著橋梁施工水平的不斷提高，研究者對混凝土收縮、徐變、溫度變化、預應力損失作用等因素所引起的結構內(nèi)部附加內(nèi)力的研究日益加深，連續(xù)剛構橋腹板開裂問題將會越來越少。這不僅大大提高了橋梁的使用年限和安全性，更為橋梁養(yǎng)護節(jié)約了一大筆資金。所以分析連續(xù)剛構橋的腹板開裂原因并提前做出防治措施具有很重要的意義。

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