預應力混凝土T梁橋腹板斜向裂縫成因分析

文/蘇交科集團股份有限公司 秦艷輝

本文以江蘇省道322線上某預應力混凝土T梁為例，分析導致腹板斜向裂縫的主要因素，并指出此類結構橋梁在養護及維修改造中需要注意的內容。

該橋梁全長150.8m，跨徑布置為：5×30m，橋梁全寬11.0m。上部結構采用5×30m預應力混凝土簡支T梁，梁高1.84m，采用40號混凝土。下部結構采用樁柱式墩臺，橋面系采用瀝青混凝土鋪裝層，鋼筋混凝土組合式防撞墻。設計荷載：汽-20、掛-100，人群荷載250kg/m2。在2016年定期檢查中，發現全橋T梁腹板普遍存在斜向裂縫（正八字形），全橋25片T梁共有腹板斜裂縫475條，長度共計585.4m。斜裂縫基本位于L/6至5L/6之間，腹板左、右兩側對稱分布，裂縫頂部最高至肋腋板，底部至馬蹄倒角處（少數幾條至馬蹄側面），單條裂縫長0.6m至1.5m，縫寬基本在0.15mm左右，最大縫寬0.26mm，裂縫傾角約45°至75°，自L/6處往L/2方向斜裂縫傾斜角逐漸增大。

經過對橋梁結構設計施工圖及橋梁現狀的對比分析，筆者認為引起T梁腹板斜向裂縫的原因包括：結構尺寸偏小、配筋偏弱，超載車輛通行，橋梁改造施工的不良影響等幾方面：

計算分析結果

結構計算采用平面桿系結構計算軟件橋梁博士進行，通過荷載橫向分配系數將空間結構簡化為單梁桿系結構進行計算分析，荷載橫向分配系數采用剛接板梁法計算。

橋梁施工改造影響

橋梁原設計橋面布置為0.25m護欄+1.0m人行道+9.0m行車道+1.0m人行道+0.25m護欄，運營期鋼筋混凝土護欄改造為組合式防撞墻時拆除了人行道，現狀橋面布置情況為：0.5m防撞墻+10.0m行車道+0.5m防撞墻。護欄改造自重的增加對T梁影響較小，但行車道寬度的改變導致T梁橫向分配系數增大。

在原設計荷載（汽-20、掛-100）作用下，現狀橋面布置T梁承載能力極限狀態計算結果滿足規范要求；正常使用極限狀態計算汽-20荷載下中梁主拉應力增大0MPa至0.03MPa，邊梁主拉應力增大0MPa至1.06MPa；掛-100荷載下中梁主拉應力增大0MPa至0.61MPa，邊梁主拉應力增大0MPa至0.36MPa。橫向分配系數增加對邊梁3L/8至L/2范圍內主拉應力增大影響明顯。

汽車活載超載影響

該橋三軸載重車及四軸載重車通行情況普遍。以汽-超20級汽車活載與原設計汽車活載進行計算比較，分析汽車活載超載對T梁斜裂縫出現的影響。承載能力極限狀態不同汽車活載作用下T梁抗剪承載力與設計剪力的比值計算結果見表1，不同汽車活載等級下T梁主拉應力計算結果表2。

由表1可知，汽-超20級汽車活載下邊板抗剪承載能力已接近限值。由表2可知，汽-超20級活載下L/6至L/2段內T梁主拉應力增加明顯，邊梁L/3至L/2段內主拉應力已不滿足規范要求（主拉應力≤0.8Rbl=2.08MPa）。據調查，該橋通行的載重車多為運輸砂石料車輛，軸重遠大于14t（汽-超20級車隊重車軸重），經上述分析可知，超載車輛通行是T梁腹板斜裂縫出現的主要原因之一。

截面尺寸影響

該橋L/6至5L/6之間標準段T梁梁高1.84m，腹板厚0.16m，距梁端1.75m范圍內腹板厚0.36m，距梁端1.75m至L/6段腹板厚0.16m不變，馬蹄高度由0.19m漸變至0.36m。對比30mT梁部頒標準圖，相同級別汽車活載下，標準圖T梁標準段梁高2.0m，腹板厚0.2m，馬蹄底寬0.5m、高0.3m，該橋截面尺寸偏小。以汽-超20級汽車活載下不同截面尺寸的T梁進行計算比較，分析截面尺寸對T梁斜裂縫出現的影響。進行對比分析的T梁截面尺寸是：梁高2m，腹板厚分別為0.18m和0.20m，馬蹄尺寸與原設計一致。

通過對比可知，汽-超20級活載下L/6至L/2段內邊梁和中梁主拉應力隨截面尺寸增加減小明顯；在超載汽車活載下T梁截面梁高增至2m，腹板厚增至0.20m仍不滿足要求（預應力筋配置與原設計保持不變）。T梁標準段結構尺寸偏弱，雖然原設計荷載下抗剪計算滿足規范要求，但運營中抗裂余地不大，一旦出現汽車超載就會出現斜向剪切裂縫。這與檢查發現斜裂縫集中出現在L/6至5L/6之間的結果吻合，因為梁端至L/6之間腹板變厚，馬蹄高度增高，抗剪承載能力較標準段大。

表1 T梁抗剪承載力與設計剪力比值表

表2 不同等級汽車活載下T梁主拉應力計算結果

表3 不同箍筋配置T梁抗剪承載力與設計剪力比值表

截面箍筋配筋影響

T梁原設計箍筋配置情況為梁端2m范圍配2肢Φ8箍筋，間距0.1m，其余梁段配2肢Φ8箍筋，間距0.2m，在保持箍筋配置間距不變的情況下，通過改變箍筋直徑計算分析箍筋配置對T梁抗剪承載力影響。汽-超20級活載下，T梁抗剪承載力與設計剪力的比值計算結果見表3。由結果可知原設計箍筋配置偏弱，改善箍筋配置后抗剪承載能力有明顯提升。

腹板斜裂縫成因分析結論及橋梁處置建議

根據以上理論計算分析，該橋由于建成年代早，設計荷載等級低，T梁結構尺寸偏小，箍筋配置偏弱，抗剪承載能力先天不足以及超載汽車活載通行，是腹板斜向剪切受力裂縫出現的主要原因。此外，運營期橋梁結構改造導致梁板分配系數增大也是斜裂縫出現的重要原因。

由于預應力筋配置情況無法改變，該橋T梁采用增大截面法加固改造（腹板增厚、梁高增大）無法滿足高于原設計荷載的使用要求，建議在維持原設計荷載等級的前提下采用封閉裂縫、腹板粘鋼加固等措施恢復橋梁使用荷載功能，維修加固完成后應采取限載措施限制超載車輛通行。