大跨度连续刚构桥裂缝成因分析-论文.pdf

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1、总第265期交通科技SerialNo．2652014年第4期TransportationScience&TechnologyNo．4Aug．2014大跨度连续刚构桥裂缝成因分析张全阳1何丹(1．中国市政工程中南设计研究总院有限公司武汉430010；2．武汉市政工程设计研究有限责任公司武汉430023)摘要以某高速公路上3座桥梁为背景，采用空间有限元软件建立弹性有限元分析模型，对各类裂缝发生机理进行影响前后的模拟。根据模拟应力结果，结合桥梁检测数据对箱梁裂缝病害进行分析。结果表明，竖向预应力损失及梯度温度效应是导致薄壁箱梁裂

2、缝产生的主要原因，偏载及超载仅能判断与腹板出现的裂缝有关。关键词连续刚构桥温度梯度竖向预应力裂缝随着桥梁建设中连续刚构桥的广泛应用，箱向预应力体系，桥面铺装为10am厚沥青混凝土。梁在使用过程中出现裂缝病害越来越成为一个突主桥桥墩均采用钢筋混凝土双肢薄壁墩。出的问题。引起箱梁开裂的因素很多，涉及到很1．2桥梁主要病害概况多方面，有预应力因素，箱梁因素(剪力滞、翘曲、箱内检查中发现的主要病害有以下几方面。畸变、扭转)[1]、荷载因素(收缩徐变、支座沉降、(1)中跨腹板有斜向裂缝，裂缝主要分布在温度梯度、动荷载)、构造因素等]

3、。本文结合某L／4附近5～7个节段处，裂缝宽度在0．05t0．25高速公路大桥工程实例，对常见连续刚构桥裂缝mm之间，腹板裂缝最大深度242mm，裂缝角度成因进行分析，从以下几方面考虑：原设计时拉应30。～45。之间，裂缝均未延伸至顶板及底板，该类力考虑不足、竖向预应力失效、温度梯度产生拉应裂缝为典型的腹剪裂缝。力[3]、偏载作用影响、结构后期变形产生的影(2)边跨、中跨各节段顶板均有少量纵向裂响【4]、超载产生的影响。鉴于该桥型数量庞大及缝，裂缝宽度在0．10mm左右。使用过程中出现病害的频繁，在进行桥梁病害分(3)箱内

4、局部存在施工缺陷，部分节段接缝析以及加固设计时，该项研究显得较为有意义。处顶板施工孔渗水。箱外检查中发现的主要病害有以下几方面。1工程概况(1)L／4跨径附近个别节段腹板有少量斜向1．1结构概况裂缝，裂缝最大宽度均在0．10～0．18mm之间，某高速公路既有桥梁，桥一为50m+90ITI4-裂缝角度约为30。左右。(2)桥梁底局部存在施工缺陷，如局部混凝50rfl预应力混凝土连续刚构桥，桥二为55m+2×1001TI+551Tl预应力混凝土连续刚构桥，土破损、钢筋外露；个别横、竖向预应力锚头外露锈蚀；梁底局部混凝土空洞、露

5、筋等。桥三为50m+90m+90m+50m预应力混凝土(3)梁底个别节段有纵向裂缝。连续刚构桥。3座桥梁建成日期为1999年。桥(4)边跨合龙段、中墩顶板附近有多条横向梁设计荷载等级：汽车一超2O级，挂车一120。裂缝。有少数沿腹板纵向预应力下弯索的斜裂缝上部结构为变高度单箱单室箱梁，顶宽出现。15．69m，底宽8．0am，翼缘悬臂板长3．845cm，2裂缝发生机理分析直腹板形式，桥一、桥二、桥三跨中腹板厚度36cm，支点附近腹板厚度60cm，顶板厚25cm。梁2．1箱梁腹板斜裂缝顶设单向2横坡，梁底横向为水平，箱梁采用三

6、腹板斜向开裂是连续梁的常见病害之一，也是本工程中具有代表性的病害，根据以往桥梁病收稿日期：2o14—03—12害整治的经验，腹板斜裂缝是多个因素综合作用50张全阳何丹：大跨度连续刚构桥裂缝成因分析2014年第4期的结果，原因如下。素分别取值进行验算]。对结构原承载能力极限(1)张拉预应力钢束时，预应力钢束锚后局状态和正常使用极限状态按全预应力混凝土进行部应力会使得腹板与齿板锚固端相交处产生拉评估。应力。计算模型采用三维空间模型进行分析来考虑(2)顶板锚固块和底板锚固块在张拉纵向预箱梁的扭转效应。用箱梁的翼缘有效分布宽度系应

7、力时产生的力偶对腹板产生拉应力。数来考虑剪力滞效应的影响。梁单元采用铁摩辛(3)由计算结果看，2004新规范规定的温度柯梁单元，考虑剪切变形的影响。荷载对截面主拉应力影响较大。悬臂浇筑施工阶段按实际情况进行模拟，连(4)现有运营车辆超载较大，对结构造成续刚构桥桥墩与主梁固结采用刚性连接模拟，采损伤。用群桩基础，考虑桩土共同作用，采用“m”法计算(5)在梁高较低时，竖向预应力钢筋长度较土对桩基的弹性支承作用。小，早期施工时竖向预应力工艺不成熟，使得竖向(1)按旧规范设计计算结果。根据计算，按预应力损失过大，往往无法达到设计目

8、的，是使得旧规范设计时，在考虑普通钢筋后，抗弯承载力富截面主拉应力增大的一个主要原因。余量在5以上。正截面未出现拉应力情况，最2．2底板纵向裂缝大压应力小于0．5Lk一0．5×35．5—17．75MPa底板的纵向裂缝的可能的原因是，张拉纵向(见图i)；斜截面最大主拉应力小于0．4f一预应力时，预应力管道