薄壁混凝土槽型梁裂縫控制技術研究

方向春

摘要：槽型梁多為薄壁混凝土，底板內布置雙向預應力筋以增強其整體剛度及抗裂性能，由此對施工工藝提出了較高的要求。新建京沈鐵路客運專線采用薄壁混凝土槽型梁結構，為國內工程中首例應用，由于安全等級較高、使用壽命較長，施工時應制定合理工藝及工序以滿足其抗裂要求。本文從模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養護三個方面控制裂縫的產生，具體闡述施工工藝及實現過程，針對槽型梁結構特點制定雙向預應力張拉工序，并采用MIDAS/Civil軟件對張拉過程中槽型梁應力分布進行計算，以保證張拉工序合理、可靠，為類似工程提供經驗。

Abstract： Channel girder is properly made of thin-wall concrete members， in practice. And horizontal and longitudinal prestressing tendons are always put into the bottom plate， in order to improve the integral rigidity and crack resistance. Beijing-Shenyang Passenger Dedicated Line is the first application of channel girder with higher safety class longer service life， causing more strict crack resistance in construction. Measures of controlling crack is provided during manufacturing frameworks， assembling reinforcement， and placing and curing concrete. Bidirectional prestressing process is presented when considering the structural features. The verification of prestressing is executed by the stress distribution， with the help of MIDAS/Civil. The procedure and technology of controlling crack can be applied to similar projects.

關鍵詞：槽型梁；薄壁混凝土；裂縫控制；預應力張拉；雙向預應力

Key words： channel box girder；thin-wall concrete；crack control；prestressed stretching；bidirectional prestressing

中圖分類號：TV544 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0116-03

0 引言

橋梁工程中，槽型梁腹板及底板均為薄壁混凝土結構，在豎向荷載作用下，將產生縱向彎矩及橫向彎矩[1，2]。此時，槽型梁底板混凝土產生較大的拉應力，而起橫向抗彎剛度較小，易出現縱向裂縫[2]；槽型梁屬于開口下承式薄壁結構，抗扭剛度較小，其腹板與底板結合處同時承受彎矩及扭矩，應力集中較為明顯，該位置較易產生裂縫；槽型梁中鋼筋、預應力筋分布較密，混凝土澆筑質量不易保證，裂縫較易產生[3，4]。因此，為保證槽型梁結構的安全及耐久性，施工時應制定合理的工藝及工序，有效控制裂縫的產生及發展。

新建京沈鐵路客運專線全長697km，設計時速為350km，其中板石山2號中橋及繞陽河特大橋均采用預應力混凝土雙線簡支槽型梁，設計使用壽命100年，為國內鐵路工程中槽型梁結構首次應用。簡支槽型梁跨徑32.6m，兩端及中間共設置9道橫梁，橫梁間設置4道縱梁，腹板為外傾23°倒L形，腹板內側對應于橫梁位置處設置加勁隔板，槽型梁高3.4m，底板厚0.33m，寬11.1m，內部凈寬9.9m，如圖1所示；為防止正常使用階段出現較大的裂縫及撓度，槽型梁內部設置雙向預應力筋，橫向49束，縱向159束。由于槽型梁截面較復雜，鋼筋及預應力筋分布較密，混凝土施工質量較難保證，從而影響槽型梁結構的正常使用及耐久性[5]。本文針對薄壁混凝土槽型梁施工中模板、鋼筋及混凝土工程特點，并考慮預應力筋雙向張拉控制難點，闡述具體施工工藝，為類似工程應用提供參考。

1 薄壁混凝土槽型梁施工工藝

槽型梁多為薄壁混凝土結構，為控制裂縫的產生，主要從槽型梁模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養護三方面闡述施工工藝。

1.1 模板布置

為保證模板剛度及施工精度，槽型梁模板放置于碗扣式腳手架上，其下部橫向布置10cm×15cm主龍骨，縱向布置10cm×10cm次龍骨，并設置可調節頂托以保證結構精確定位[6]。模板采用1.5cm厚橋梁專用竹膠板，便于實現底板下橫、縱梁節點構造及梁與底板間加腋構造，模板加工及安裝時按照底模板、側模板、翼板底模板、腹板內模板順序組織施工，具體如圖2所示。

1.2 鋼筋綁扎

考慮槽型梁的承載能力及構造要求，其內部鋼筋配置較多、分布較密、分類較細[7]，與預應力預埋管道及錨固端預埋件間存在碰撞的可能，如圖3所示。為便于鋼筋定位及混凝土振搗，綁扎鋼筋時按照橫梁、縱梁、底板、腹板、翼板的順序進行，同時對鋼筋水平、豎向間距微調整，與預埋管道及預埋件間留有足夠空間，保證混凝土振搗密實。endprint

1.3 混凝土澆筑及養護

該工程槽型梁較為復雜，為保證結構整體性，整跨需連續澆筑，故對混凝土和易性要求較高，坍落度應控制在200mm左右[8]，所用C50級混凝土配合比見表1，水灰比為0.3。澆筑混凝土時采用2臺泵送車同時、對稱、連續澆筑，按照水平分層、縱向分段、橫向對稱的方案，槽型梁混凝土澆筑順序如圖4所示。澆筑底板混凝土時，由腹板注入混凝土，待高度達0.4m時，直接由底板灌注混凝土，然后澆筑腹板混凝土，單次澆筑高度30～40cm?；炷翝仓r應同步振搗，并避免鋼筋、預埋管道移位。待混凝土澆筑完成及初凝后，應及時采用土工布覆蓋，并定期灑水養護。

2 槽型梁雙向預應力張拉工序

為避免槽型梁撓度及裂縫過大，底板橫、縱向均布置有預應力筋，腹板內布置縱向預應力筋，具體見圖5。由于施工階段混凝土強度未完全生成，同時槽型梁截面并非完全對稱，張拉預應力筋時應重點控制其順序及張拉應力，以避免出現裂縫。

2.1 雙向張拉工序

該工程為增強槽型梁的整體剛度及抗裂性能，底板橫、縱向均布置預應力筋，腹板內布置有縱向預應力筋，抗拉強度fpy=1260MPa。由于槽型梁底板厚度較小且同時存在雙向預應力筋，為避免單向張拉時梁體破壞，考慮槽型梁的結構特點并參考已有工程經驗，該工程雙向張拉預應力筋時采用分階段方案，即首先張拉橫、縱向預應力筋，控制應力σcon=0.6fpy，然后逐步將橫、縱向預應力筋張拉至設計值fpy，具體張拉順序如圖6所示。

2.2 槽型梁應力分析

為驗證張拉工序的可靠性，采用MIDAS/Civil軟件建立槽型梁的有限元模型，分階段依次設定并激活相應的預應力筋及張拉控制應力[9-12]，由此得到張拉過程中槽型梁的應力計算結果，如圖7所示?？梢钥闯?，在張拉橫梁預應力筋H2b、H3及H4至0.6fpy時，槽型梁內出現最大拉應力σt=0.6MPa，小于混凝土抗拉強度（ft=1.9MPa）；在張拉底板橫向預應力筋H1'、H2a及H2c至fpy時，槽型梁內出現最大壓應力σc=17.7MPa，小于混凝土抗壓強度（fc=23.1MPa），說明本文提出的雙向預應力筋張拉工序是安全可靠的。

3 結論

新建京沈客運專線采用薄壁混凝土槽型梁，底板橫、縱向設置雙向預應力筋以提高其整體剛度及抗裂性能，故對施工工藝要求較高，施工時應避免出現裂縫而影響槽型梁安全及耐久性。本文從模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養護三個方面闡述槽型梁薄壁混凝土施工工藝，并提出雙向預應力張拉工序，由MIDAS/Civil軟件分析了張拉過程中槽型梁的應力分布，以此驗證張拉工序的可靠性，為類似工程應用提供借鑒意義。

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