大跨预应力混凝土箱梁腹板裂缝的分析及预防措施研究

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1、大跨预应力混凝土箱梁腹板裂缝的分析及预防措施研究桥隧工程大跨预应力混凝土箱梁腹板裂缝的分析及预防措施研究张守峰（山西高陵高速公路有限公司，山西摘晋城048000）要：大跨径预应力混凝土连续梁桥箱梁应用广泛，针对其在运营过程中易出现腹板裂缝的情况，从设计与施工两个方面进行了分析，并探讨了可以采取的预防控制措施。关键词：预应力混凝土；箱梁；腹板裂缝；分析；预防中图分类号：U44文献标识码：B预应力混凝土连续（刚构）箱梁桥因其具有跨越能力较大、整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适

2、等优点，在我国得到了广泛的应用。在我国已经建成的预应力混凝土连续箱梁桥中，部分桥梁在运营过程中，出现了不同程度的裂缝情况。预应力箱梁出现的裂缝主要有：箱梁顶板和底板的纵向裂缝，箱梁腹板的斜向裂缝，特别是靠近边跨现浇箱梁端部范围的两侧腹板出现近45°的斜向裂缝，这些裂缝的性质大部分为受力裂缝，且宽度较大。箱梁腹板裂缝使箱梁整体结构的———————————————————————————————————————————————抗扭转能力、抗剪能力、跨越能力乃至结构承载力下降，桥梁挠度进一步加大，桥梁结构的安全性受到威胁。箱梁的开裂与

3、下挠还是相互影响的，从某种意义上讲，箱梁开裂，尤其是腹板斜向开裂，导致了桥跨下挠过大。本文从设计与施工两个方面分析研究如何有效地控制箱梁腹板裂缝的产生，以期为设计与施工提供参考。1．1计算模式不完善目前国内预应力混凝土桥梁结构分析多采用平面杆系有限元分析程序，这种计算模型对于箱梁截面的总体应力基本是准确的，但对于局部应力则无法反映。现在的各种通用有限元分析软件，对PC桥梁结构线弹性受力模拟较好，但对非线形受力行为模拟存在一定的困难，要对所有的大跨PC箱形梁桥实施三维空间有限元分析。设计规范充分考虑了纵向预应力的计算，但对竖向应力

4、的设计没有作特别的说明，现阶段纵向预应力的计算是基于一维杆件轴向压缩计算得出的，很明显现阶段的纵向预应力的计算方法不能用于竖向预应力计算。近年来修建的多向预应力混凝土箱梁桥梁大多数在腹板均产生了不同程度的裂缝，竖向预应力计算与设计分析不当是重要原因之一。因此，正确估计腹板竖向预应力在腹板内产生的应力特征，对防止腹板开裂有重要意义。1．2腹板竖向预应力损失考虑不足我国现行设计规范充分考虑了纵向预应力的弹性压缩损失的计算，但对坚向应力的弹性压缩损失没有作特别的说明，纵向预应力的弹性压缩损失是基于一维杆件轴向压缩计算得出的，而竖向预应

5、力有———————————————————————————————————————————————其自身的特点：①竖向预应力筋比较短，与纵向预应筋相比达到相同的应力水平，其弹性变形要小得多；②竖向预应力筋锚固端沿腹板轴向排列，而纵向预应力筋的锚固端则排列在箱梁的某个截面上。显然，纵向预应力弹性压缩损失的计算方法不适于竖向预应力的计算。混凝土箱梁竖向预应力在锚固端附近区域会产生1预应力混凝土箱梁腹板开裂的设计原因大跨径预应力混凝土连续梁桥一般情况下采用3向预应力结构，即在腹板顶部和顶板靠近腹板的两侧以及底板布置群锚的纵向预应力体系

6、、在顶板横向布置的横向预应力体系、在腹板布置的竖向预应力。目、《公路前箱梁的预应力体系存在着计算模型不完善桥涵设计规范》对预应力的损失计算不足、箱梁构件设计不合理，这些都是预应力混凝土箱梁产生裂缝的重要原因。作者简介：张守峰（1971－），男，山西阳城人，工程师，从事公路工程施工研究2011年5期（总第77期）竖向拉应力，这类拉应力将加剧箱梁腹板与顶板过渡部位的开裂。1．3箱梁构造设计不当有些设计者过于追求桥梁的美观及跨径，忽视对箱梁细部构造的考虑，使得箱梁截面日趋纤薄，横隔板日渐减少，底板腹板偏薄，齿板局部承压面积不足。有些项

7、目的设计过多的进行了结构优化，造成腹板厚度过薄，预应力筋和钢筋布置缺乏合理的保护层和间距数量的———————————————————————————————————————————————要求。施工制造的误差，造成箱梁两侧腹板厚度不均匀，这必使较薄一侧的腹板首先开裂；不可避免的偏载及两侧腹板混凝土内部不均匀缺陷等因素所造成的两侧腹板受力不均匀。箱梁两侧腹板设计时是将两侧腹板假定均厚然后简化成工形来设计和计算抗裂性的，箱梁两侧腹板厚薄不均会导致受力不均，也会产生裂缝。1．4温度应力的影响理论分析和实践研究均已证明，在大跨预应力混凝

8、土箱形梁桥特别是超静定结构体系中，温度应力甚至超出荷载应力的影响，这已被认为是预应力混凝土箱形梁产生开裂的主要原因之一。温度梯度对混凝土梁桥的影响较大，除了与结构截面形状和尺寸、桥面铺装层材料和厚度有关外，还与太阳辐射强度、桥址位置和方向、大气透明度、风速、地形