浅析大跨径预应力混凝土连续刚构桥裂缝病害

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　　浅析大跨径预应力混凝土连续刚构桥裂缝病害摘要：大跨径预应力混凝土连续刚构桥的裂缝产生往往是多种原因而非单一因素所致，因此不能简单地从某一个方面来进行评价、分析，应考虑到各种不利因素从多方面进行研究。　　关键词：连续刚构桥裂缝开裂原因防裂措施　　　　改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，特别是近十年来，我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大和科技含量高的大跨径桥梁相继建成，标志着我国的公路桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。随着高速公路交通事业的迅速发展，要求行车平顺舒服，于是预应力混凝土连续刚构桥应运而生，近年来得到较快的发展。　　1裂缝状况分析　　分析大跨径预应力混凝土刚构桥裂缝特征，文献[1][2]可以将裂缝分为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、斜向的以及不同深度的裂缝。裂缝的形状与结构的受力状态有直接的关系，一般裂缝的方向同主拉应力方向垂直。根据对现已通车或在建的桥梁的调查结果分析，大跨径预应力混凝土刚构桥易出现开裂的部位主要出现在： 　　（1）主跨L/4区域和边跨支点附近的腹板上出现呈25°～45°的斜裂缝。　　（2）箱梁顶板、底板出现不连续的纵向裂缝，从而引起顶、底板出现局部开裂。　　（3）横隔板孔洞周围出现放射状裂缝，孔洞与孔洞之间还会有竖向裂缝。　　（4）箱梁底板沿预应力钢束方向的纵向裂缝。　　（5）由强大预应力引起的锚下开裂。　　从近几年修建的大跨径预应力混凝土连续刚构桥来看，裂缝病害的出现并不意外，且裂缝的发展也呈现出不同的特征。由于各种原因，桥梁结构出现一些病害也是极其正常的。但是不同的裂缝要引起不同的重视。　　2裂缝成因分析　　2.1顶、底板裂缝 　　预应力混凝土连续刚构桥主箱梁底板跨中区张拉锚固后出现的纵向裂缝,以及在箱梁具有较长悬臂翼缘板时,在顶板悬臂根部或宽箱梁在顶板跨中出现的纵向裂缝,同样广泛受到关注。文献[3]对某大跨度连续刚构桥进行检测分析,得出导致大桥两次边跨和中跨跨中及两边跨均出现贯通底板全宽的横向裂缝可能的原因是:纵向预应力有效性降低、荷载增加、混凝土强度不足等。文献[4]对一座三跨预应力混凝土双箱双室变截面V墩刚构桥底板产生裂缝的原因进行了空间分析,得出箱梁复杂的应力状态及底板横桥向拉应力过大是引起底板纵向裂缝的主要原因。同时底板预应力管道周围混凝土相对收缩快,截面相对较弱也是一个不可忽视的因素。　　2.2腹板裂缝　　预应力混凝土连续刚构桥主梁产生的腹板裂缝主要分为以下几个方面[7]:(1)主拉应力产生的腹板斜裂缝。主要是分布于边孔近现浇段和中孔L/4～3L/8段的腹板上,约呈45°分布。　　2.3横隔板裂缝　　预应力混凝土连续刚构桥横隔板裂缝主要为箱梁桥横隔板孔洞周围放射状裂缝和孔洞之间的竖向裂缝。箱梁横隔板孔洞的放射状裂缝主要是因孔洞周围应力集中产生的。通过对主拉应力进行局部的块体有限元分析,并采用适当的构造措施,可以避免这类裂缝的产生。箱梁孔洞之间的竖向裂缝是轴向的劈裂裂缝。为了避免这类裂缝的产生,应首先进行局部的有限元分析,对于可能发生竖向裂缝的部位增加防裂构造钢筋[7]。　　3裂缝控制措施 　　值得指出的是,任何一座桥梁,其各种病害的出现并不是相互独立的。参考国内外众多该类桥型中出现上述病害的工程实例分析及病害整治，其原因大致可总结为：　　3.1设计方面文献[10]　　(1)连续刚构桥在设计时一般采用平面杆系有限元程序(如桥梁博士、GQJS、)进行计算,不能准确反映箱梁、中跨底板预应力束空间分布的效应，尤其底板的宽度较宽时，不能计入剪力滞和纵向预应力钢束分布不均效应，导致截面应力的理论值与实际值有较大出入，不能对底板裂纹的出现从理论上预警。　　(2)对底板预应力束引起的径向力估计不足。　　(3)对底板横桥向应力重视不够，有的可能没有进行局部受力分析，不能给底板上下层横向钢筋的设计提供理论指导。　　(4)底板箍筋或勾筋等防崩钢筋直径偏小，数量偏少，且有的设计连接在底板上下层纵向钢筋上,没有与底板上下层纵横钢筋的交点处连接牢固，容易忽视底板防崩钢筋的应力计算,不能给防崩钢筋设计提供理论依据。　　(5)底板预应力束过多，预应力偏大，是引起底板崩裂的主要原因之一。 　　3.2施工方面　　(1)由于底板预应力束主要分布在腹板附近,分布密集,容易与防崩钢筋冲突,导致少放甚至不放防崩钢筋。　　(2)波纹管定位与设计位置有较大出入,导致混凝土保护层厚度不足并出现折角点,容易引起应力集中。　　(3)施工单位为了赶工期,未按照设计要求分批张拉底板预应力束,而是一次性张拉,即使分批张拉了,也未等灌浆混凝土达到设计强度。还有就是部分施工单位根本就没有进行竖向预应力精轧螺纹钢筋的二次张拉。　　（4）预应力管道存在灌浆不饱满、漏灌、封锚不规范等现象从而引起预应力损失。　　（5）过早张拉预应力纵向束。由于对混凝土龄期影响预应力损失的认识不足，很多施工单位盲目抢工期，混凝土养护3天就加载的情况相当普遍。　　3.3运营管理方面 　　目前我国汽运超载现象十分严重。高速公路上的超载问题在贵州省乃至全国都是十分突出的。调查结果表明，崇遵高速、贵遵高速等公路上各类车型中超载车辆均占50％以上，超载车辆平均实载率超过150％。超载是造成预应力混凝土箱梁开裂的直接原因之一，因此应严格控制桥上超重、超载车辆行驶。发现裂缝应及时处理和加固，防止其进一步发展。　　4建议与结语　　(1)在连续刚构桥的设计中应建立实体模型来对平面杆系模型的计算进行复核,必要时建立局部模型分析局部受力,不要忽略底板防崩钢筋的应力计算，适当考虑横隔板的增设验算。　　(2)在施工中要充分理解设计意图，严格按图施工，特别是涉及预应力的工序工艺。　　(3)不要盲目的抢工期，特别是张拉时间过短过短，混凝土弹模达不到设计值而引起后期混凝土收缩等加大，从而引起预应力损失。　　(4)加强成桥后的运营养护，严格控制超载、超重车辆通行。发现桥害及时处理。