混凝土現(xiàn)澆箱梁受力裂縫研究

湯 浩

(中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100011)

1 研究背景

現(xiàn)澆箱梁是橋梁上部結(jié)構(gòu)中一種常用的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)澆箱梁有許多不可忽視的優(yōu)點(diǎn)，它的整體性特別好、抗扭剛度較大、抗彎剛度較大，不容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)傾覆，同時(shí)在許多大跨徑以及彎橋中也有突出的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗皇芫€形的限制，但是在服役過(guò)程中現(xiàn)澆箱梁也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的裂縫，由于現(xiàn)澆箱梁受力系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此，如何判斷裂縫性質(zhì)成為了一項(xiàng)很重要的工作。

2 工程概況

某橋?yàn)槟媳弊呦颍角€位于直線上。橋梁縱斷面位于4.0%上坡及4.0%下坡路段上，曲線半徑為1 600 m。橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為K0+193，終點(diǎn)樁號(hào)為K0+499，全長(zhǎng)306 m，斜交角為90°。上部結(jié)構(gòu)為(3×30+4×30+3×30) m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。梁高1.8 m，斜腹板，采用單箱三室截面，按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，道路等級(jí)為城市主干道。

橋梁上部混凝土結(jié)構(gòu)均采用C50混凝土，臺(tái)身及墩身采用C40混凝土，承臺(tái)及樁基采用C35混凝土；預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，公稱直徑15.20 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa。

3 外觀檢查結(jié)果

在檢測(cè)過(guò)程中，第1跨共發(fā)現(xiàn)裂縫18條，其中底板橫向裂縫16條，長(zhǎng)度為1.65～6.03 m，寬度為0.026～0.146 mm，裂縫深度為18.6～135.8 mm，腹板豎向裂縫2條，長(zhǎng)度為0.41～0.42 m，寬度為0.034～0.053 mm，部分裂縫情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 外觀檢測(cè)情況

4 荷載試驗(yàn)結(jié)果

4.1 荷載工況

工況1：第1跨跨中裂縫區(qū)域正彎矩測(cè)試(左側(cè)偏載)。

工況2：第1跨跨中裂縫區(qū)域正彎矩測(cè)試(中載)。

工況3：第1跨跨中裂縫區(qū)域正彎矩測(cè)試(右側(cè)偏載)。

4.2 測(cè)點(diǎn)布置

在跨縫處粘貼應(yīng)變計(jì)，并向兩測(cè)首尾相接布置。在裂縫兩端即裂縫消失處也粘貼應(yīng)變計(jì)。在梁底布置撓度測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在橋面布置模塊測(cè)試橋梁模態(tài)、陣型、阻尼比。

4.3 測(cè)試結(jié)果

如圖1所示，為典型裂縫跨縫測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線圖。

圖1 典型裂縫跨縫測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線

1)通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得到，跨縫測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值顯著>計(jì)算值，且在第3級(jí)荷載(54%)、第6級(jí)荷載(84%)時(shí)分別出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，應(yīng)變值增大速率加快。

2)通過(guò)裂縫消失處測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比。測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值從第1級(jí)開(kāi)始就遠(yuǎn)>計(jì)算值，因此處應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在裂縫消失處，故此處應(yīng)變變化規(guī)律表明，裂縫在長(zhǎng)度方向有開(kāi)展趨勢(shì)。

3)在各級(jí)荷載作用下，跨縫測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值偏大，遠(yuǎn)離裂縫兩個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值與計(jì)算值相當(dāng)，可認(rèn)為其所在區(qū)域已脫出應(yīng)變釋放區(qū)；臨近裂縫的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值較遠(yuǎn)離裂縫測(cè)點(diǎn)有所減小，但減小幅度較小，表明裂縫周圍區(qū)域存在應(yīng)變向裂縫釋放的現(xiàn)象，但應(yīng)變釋放并非跨縫應(yīng)變值顯著偏大的決定因素。

4)未跨縫測(cè)點(diǎn)應(yīng)變均<計(jì)算值，且線性關(guān)系良好。

5)在各級(jí)荷載作用下，撓度各級(jí)實(shí)測(cè)結(jié)果均<計(jì)算值，且線性關(guān)系良好。

6)通過(guò)動(dòng)載實(shí)驗(yàn)得到，實(shí)測(cè)頻率>計(jì)算頻率。

5 無(wú)損檢測(cè)結(jié)果

對(duì)裂縫保護(hù)層就進(jìn)行了測(cè)量，從結(jié)果可以看出有的裂縫深度已經(jīng)超過(guò)保護(hù)層厚度，部分具體情況表2所示。

表2 保護(hù)層檢測(cè)情況

6 檢測(cè)結(jié)果分析

1)在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)跨控制構(gòu)件主要測(cè)試工況呈線彈性工作狀態(tài)，控制截面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)<1，相對(duì)殘余變形≤0.2，滿足[文獻(xiàn)1]的要求，但開(kāi)裂截面不滿足[文獻(xiàn)2]中有關(guān)預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的要求；試驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)墩臺(tái)穩(wěn)定未發(fā)生沉降；實(shí)測(cè)各階頻率>計(jì)算值，實(shí)測(cè)振型與分析相符。

2)試驗(yàn)跨所選典型裂縫所測(cè)得的跨縫應(yīng)變值顯著>計(jì)算值，各裂縫寬度擴(kuò)展明顯，長(zhǎng)度有擴(kuò)展趨勢(shì)，跨縫應(yīng)變曲線在加載效率均勻增加的情況下，出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)變變化速率突變。綜合以上特點(diǎn)，認(rèn)為該跨線橋第2聯(lián)典型裂縫符合結(jié)構(gòu)性裂縫特征，對(duì)局部截面削弱明顯，判定為結(jié)構(gòu)性裂縫。

3)綜合分析認(rèn)為：某橋第1聯(lián)整體剛度滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)(城-A級(jí))要求，但各典型裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，開(kāi)裂截面承載力不滿足規(guī)范對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的要求。

4)通過(guò)這個(gè)例子可以看出，如果想要判斷現(xiàn)澆箱梁梁底橫向裂縫、腹板豎向裂縫是否為受力裂縫，需要根據(jù)外觀檢測(cè)結(jié)果、無(wú)損檢測(cè)結(jié)果和荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果綜合判斷，而最核心的就是測(cè)試受力裂縫的受力狀況，這就需要在裂縫上布置跨縫測(cè)點(diǎn)，同時(shí)為了對(duì)比，在相同截面位置也要布置測(cè)點(diǎn)，在相同荷載作用情況下兩類測(cè)點(diǎn)會(huì)呈現(xiàn)不同的受力模式，進(jìn)而判斷裂縫是否為受力裂縫。

5)在本次判斷梁底橫向裂縫和腹板豎向裂縫是否為受力裂縫的關(guān)鍵就是看應(yīng)變曲線圖是否會(huì)有拐點(diǎn)，因?yàn)槿绻谠囼?yàn)過(guò)程中曲線不出現(xiàn)拐點(diǎn)，那就意味著裂縫在荷載試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有突變，而如果出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)就說(shuō)明裂縫寬度隨著受力增大而明顯增大，符合受力裂縫特征。

7 結(jié)束語(yǔ)

在今后的檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)橋梁疑似出現(xiàn)受力裂縫的情況時(shí)應(yīng)該多方面考慮，不能僅僅通過(guò)外觀判斷，要結(jié)合無(wú)損檢測(cè)結(jié)果，荷載試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，確保準(zhǔn)確判斷裂縫性質(zhì)，為以后的維修加固提供可靠的依據(jù)。

[ID:009458]