第一篇：預應力混凝土橋箱梁底面橫向裂縫分析

預應力混凝土橋箱梁底面橫向裂縫分析

預應力混凝土橋箱梁底面橫向裂縫分析 伍 靜，蒙 波（北京市建設工程質(zhì)量第三檢測所有限責任公司，北京100037）摘 要：預應力混凝土箱梁由于在受力性能方面良好，在高速橋梁互通工程中得到了良好的應用，但是由于結(jié)構(gòu)受力和施工工藝的復雜性，該類型橋梁在設計和施工都存在質(zhì)量較難控制等原因，造成部分橋梁在投入使用過程中箱梁底面就出現(xiàn)較多的橫向裂縫，裂縫的大量出現(xiàn)嚴重影響了橋梁的正常使用，對結(jié)構(gòu)的承載能力存在一定的影響。以一座預應力混凝土箱梁橋為例，通過對材料強度、鋪裝層層厚度、預應力損失、承載力評定等方面對該橋箱梁底面橫向裂縫進行了分析，并對防止此類裂縫提出了改進措施，可供類似工程借鑒。關(guān)鍵詞：公路工程；預應力混凝土；箱梁；橫向裂縫；承載能力工程背景 某互通橋梁位于某高速公路，由主線橋和A、B、B1、B2、C五個匝道組成（見圖1）。其中主線橋采用分離式設計，橋梁全長左幅345．0 m、右幅321．0 m，單幅橋?qū)?2．25 m。橋面橫向布置為：0．5 m（防撞護欄）＋10．75 m（行車道）＋0．5 m（防撞護欄）。橋梁上部結(jié)構(gòu)均為預應力混凝土連續(xù)箱梁，截面為單箱單室。橋梁具體信息見表1。下部結(jié)構(gòu)除B1匝道墩柱為鋼筋混凝土單柱墩外，其它橋梁均采用鋼筋混凝土雙柱式橋墩，擴大基礎。橋臺均為重力式U型橋臺，支座采用板式橡膠支座。圖1 橋梁平面示意圖 表1 橋梁跨徑組合信息橋名 結(jié)構(gòu)形式 跨徑組合／m 4×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（左幅）3×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（右幅）A匝道 預應力混凝土連續(xù)箱梁 5×25＋5×25＋6×25 B匝道 預應力混凝土連續(xù)箱梁 5×25＋6×25 B1匝道 預應力混凝土連續(xù)箱梁 4×25＋4×25 B2匝道 預應力混凝土連續(xù)箱梁 3×25 C匝道 預應力混凝土連續(xù)箱梁主線橋 預應力混凝土連續(xù)箱梁4×23 橋面鋪裝采用4 cm抗滑表層＋6 cm中粒式瀝青混凝土＋防水層＋5 cm水泥混凝土鋪裝層，并在5 cm水泥混凝土中布設鋼筋網(wǎng)。伸縮縫均采用EM－80淺埋式伸縮縫。橋梁設計荷載為 “汽車－超20、掛車 －120”。在橋梁營運過程中，歷次檢測發(fā)現(xiàn)該橋主要存在病害及處治方法如下：（1）第一次定期檢查發(fā)現(xiàn)該橋預應力混凝土箱梁存在較多的橫橋向裂縫，主要包括底板橫向裂縫，部分裂縫延伸至腹板呈“L”形或“U”型，裂縫多位于跨中區(qū)域或附近、最寬 0．24 mm（見圖

2、圖 3）。部分裂縫初步判定為彎曲受力裂縫，對橋梁承載能力造成不利影響。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》［1］（JTG H11—2004），橋梁的總體技術(shù)狀況等級為“三類”，處于較差狀態(tài)。圖2 左幅第12跨箱梁底面縱向裂縫 圖3 B2匝道第2跨箱梁底面縱向裂縫 根據(jù)第一次檢查結(jié)果對該橋病害進行了處治，對裂縫寬度＜0．15 mm時采用表面封閉法修補，涂刷專用環(huán)氧樹脂膠進行封閉；裂縫寬度≥0．15 mm時，采用壓力注漿法修補。并對部分橋跨裂縫較多的進行了粘貼碳纖維布（見圖

4、圖 5）［2］。圖4 箱梁底面碳纖維加固 圖5 箱梁腹板碳纖維加固（2）維修處治后，為進一步了解該橋裂縫修補后的發(fā)育情況，抽選了主線橋左幅第9～13跨、右幅第8、9、11跨和B2匝道橋第2、3跨進行箱梁裂縫專項檢查。發(fā)現(xiàn)在橋梁跨中區(qū)域仍存在較多新開裂的橫向裂縫，部分裂縫延伸至腹板形成“L”型，裂縫寬度多在0．10 mm～0．16 mm之間，部分跨梁底碳纖維布處理后，仍在碳纖維布條間發(fā)現(xiàn)橫向裂縫（見圖6）［1］。2 現(xiàn)場檢測結(jié)果 為進一步分析該橋裂縫產(chǎn)生的原因，對該橋進行了如下專項檢測： 2．1 混凝土抗壓強度檢測 混凝土強度不足是引起結(jié)構(gòu)開裂的原因之一。為準確獲得結(jié)構(gòu)混凝土強度，采用鉆芯法對主梁混凝土強度進行檢測（見圖7）。根據(jù)橋梁病害情況及受力特點，本次選取主線左幅13跨右側(cè)腹板進行鉆芯取樣［3］。根據(jù)鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程的相關(guān)要求，對所取芯樣進行抗壓強度檢測［3］，結(jié)果見表2。圖6 主線橋左幅第12跨箱梁底面裂縫分布圖 圖7 鉆芯取樣測區(qū)位置 表2 右腹板鉆芯取樣混凝土強度試驗結(jié)果表測點 外觀 破壞荷載／kN抗壓強度／MPa換算值 方塊值1 密實 320．5 40．8 33．7 38．7 2 密實 454．0 57．8 0．87 0．95 47．8 52．8 3 密實樣芯抗壓強度／MPa尺寸修正系數(shù)尺寸換算系數(shù)573．8 73．1 60．4 65．4 從試驗結(jié)果來看，3個試件的推算強度值分別是 38．7 MPa、52．8 MPa和 65．4 MPa，依據(jù)《鉆心法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》［3］（CECS03：2007）中第3．2．5的相關(guān)規(guī)定，單個構(gòu)件的混凝土最終推算強度為 38．7 MPa，小于設計強度 40．0 MPa。2．2 橋面鋪裝層厚度檢測 橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)和厚度的實際狀況可能與原設計存在較大的差異。為了了解各橋鋪裝層的實際施工厚度，為橋梁加固設計和承載能力計算提供數(shù)據(jù)支撐。對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)厚度采用鉆芯取樣的方法進行檢測（見圖8）。橋面鋪裝層鉆孔位置的選取，原則上每座橋梁順橋向選取5個斷面，每個斷面橫橋向布置3個測點，橋梁長度較短的可適當減少，但不應少于3個斷面，共計81個測點。圖8 橋面厚度總偏差分布圖 通過對橋面瀝青鋪裝層厚度檢測數(shù)據(jù)進行分析，本次橋面鋪裝層厚度81個測點中總偏差介于0 cm～3 cm居多，共計78處，占總測點的96．3%。進一步計算分析，橋面鋪裝實測厚度較原設計值厚約1．7 cm，從而造成箱梁跨中下緣增加0．008 MPa的拉應力。2．3 預應力損失測算 為進一步了解該預應力混凝土連續(xù)箱梁目前的應力分布狀況，推斷該部位受力狀態(tài)，采用應力釋放的方法對該橋進行恒載作用狀態(tài)下的應力量測。鋼筋應力釋放法是指在橋梁在自重、預應力等持久荷載作用下，結(jié)構(gòu)及其中的普通鋼筋存在較大的應力，通過切割普通鋼筋進行應力釋放，則釋放出的應力值就等于結(jié)構(gòu)現(xiàn)存的應力值，由此分析結(jié)構(gòu)的實際有效預應力或結(jié)構(gòu)的預應力度，從而對整個結(jié)構(gòu)進行評價［4］。（1）測點布置。選取主線橋左幅第13跨正彎矩控制截面進行應力測量，截面的位置示意圖如圖9所示。應力測點選取箱梁底板底面上層順橋向鋼筋進行試驗，應力測試方向與橋梁縱軸線平行，用以測試縱向彎曲應力。圖9 應力釋放位置示意圖（2）測試結(jié)果。采用橋梁專用有限元計算分析軟件 MIDAS／Civil 2012 對結(jié)構(gòu)進行建模計算［5］，通過對模型施加自重、二期恒載、預應力及收縮徐變荷載，求得結(jié)構(gòu)在恒載作用下［6］的結(jié)構(gòu)應力圖如圖10所示。圖10 恒載作用下應力圖 通過計算可得，箱梁底板應力釋放位置恒載作用下的最大壓應力值為 4．53 MPa［6］，即最大壓應變ε＝139．4με?，F(xiàn)場實測鋼筋應變εg＝122με，因此主線橋有效預應力度約為88%。通過應力釋放試驗，此推定預應力鋼束損失約為12%?？紤]到該方法目前無相關(guān)規(guī)程可依，因此該測試結(jié)果僅供參考。2．4 承載能力試驗 結(jié)合本橋受力特點和現(xiàn)場病害情況，選取左幅第3聯(lián)（跨徑組合為3×25 m＋30 m＋25 m）進行荷載試驗，利用橋梁專用有限元計算分析軟件MIDAS／Civil計算在設計荷載（汽車－超20、掛車－120）作用下的最大內(nèi)力值［7－8］，并根據(jù)測試截面（見圖11）影響線進行等效加載［4－7］。圖11 荷載試驗測試截面位置（單位：cm）根據(jù)計算結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場實際情況，試驗測試工況為：工況1（第13跨最大正彎矩工況），工況1（12＃墩頂截面最大負彎矩工況），工況3（第12跨最大正彎矩工況）。試驗時應變測點布置在箱梁底板及腹板，具體位置見圖12，撓度測點布設在各跨跨中、墩頂及四分點位置。圖12 應變測點布置示意圖（單位：cm）表3 靜載試驗測試結(jié)果試驗工況 設計內(nèi)力值／（kN·m）應變 ／με 撓度試驗內(nèi)力值／（kN·m）加載效率／mm計算值 實測值工況1 5947 5625 0．98 69 85 －7．53 －8．77工況2 －3854 －3930 1．02 －44 －59 — —工況計算值 實測值3 5808 5755 0．99 73 87 －4．34 －6．68 通過對每個試驗工況作用下的數(shù)據(jù)分析計算，橋梁試驗跨主要控制測點結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)均小于1，主要測點相對殘余變位或相對殘余應變均小于20%；但試驗過程中通過對第12跨跨中截面選取的10條橫向裂縫寬度的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度隨荷載等級的增加呈現(xiàn)增大趨勢，屬于結(jié)構(gòu)裂縫，對結(jié)構(gòu)承載力有一定影響。3 原因分析 3．1 橋梁設計原因 根據(jù)設計圖紙，以主線橋第3聯(lián)為例進行計算，該聯(lián)為3×25 m＋30 m＋25 m預應力混凝土連續(xù)箱梁，計算結(jié)果顯示，在正常使用極限狀態(tài)下，該橋30 m跨跨中下緣拉應力達3．06 MPa，已不滿足部分預應力A類混凝土構(gòu)件要求。即在理論計算上存在開裂的可能?，F(xiàn)場檢查中也發(fā)現(xiàn)，該跨跨中附近存在大量橫向、L型、U型裂縫，裂縫形態(tài)與彎曲受力裂縫一致。具體可見圖 13［8－15］。根據(jù)橋梁設計單位提供的計算書，30 m跨徑跨中位置正常使用極限狀態(tài)組合2（移動荷載作用下（汽車－超20）＋永久荷載（結(jié)構(gòu)自重、預應力、混凝土收縮及徐變影響力）＋溫度荷載），法向拉應力為3．39 MPa，正常使用極限狀態(tài)組合3作用下（移動荷載（掛—120）＋永久荷載（結(jié)構(gòu)自重、預應力）），法向拉應力為4．41 MPa，均超過了規(guī)范對A類構(gòu)件的容許應力 2．34 MPa。圖13 主線橋左幅第3聯(lián)正常使用極限狀態(tài)截面下緣正應力包絡圖 綜上可得，橋梁在原設計狀態(tài)下應力較大，存在開裂可能。同時，設計時所依據(jù)的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》［5］（JTJ 023—1985）中規(guī)定對缺少實測資料時，對溫度梯度僅考慮橋面板升溫5℃，與現(xiàn)行規(guī)范有明顯差距，也是應力儲備考慮不足的原因之一。3．2 橋梁施工原因（1）混凝土強度偏低：鉆芯取樣法的測試混凝土強度最低僅為 38．7 MPa，小于設計強度 40．0 MPa，混凝土強度偏低在一定程度上增加了開裂風險。（2）橋面鋪裝層偏厚：實測橋面鋪裝厚度明顯大于設計值，從而造成箱梁跨中下緣增加了0．008 MPa左右的拉應力。（3）其它可能的原因：施工時的預應力張拉不足或存在損失（應力釋放結(jié)果表明預應力鋼束損失約為12%）、混凝土澆注質(zhì)量差（梁體外觀存在大量的蜂窩、露筋、混凝土不平整）。4 結(jié) 論（1）在設計階段需采用不同的方法計算，在結(jié)構(gòu)設計計算時采用平面分析，而在施工階段需采用空間分析驗算的結(jié)論。必要時采用實體模型對箱梁的底板下緣縱向正應力、頂板下緣橫向正應力進行驗算［9］。（2）施工階段應加強對預應力損失的控制和檢測，選擇合理的張拉器具、規(guī)范張拉工序，做到預應力張拉值和均勻度滿足規(guī)范要求。（3）當預應力混凝土箱梁底板較多橫向受力裂縫時，說明該橋承載能力下降，應立即采取相應方法對結(jié)構(gòu)進行補強（如粘貼鋼板等方法），進一步提高結(jié)構(gòu)承載能力。（4）施工階段要嚴格按照規(guī)范進行施工作業(yè)，施工質(zhì)量的低下是造成該橋裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。參考文獻： ［1］ 公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范：JTG H11—2004［S］．北京：人民交通出版社，2004． ［2］ 公路橋梁加固設計規(guī)范：JGJ／T J22—2008［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［3］ 鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程：CECSO3：2007［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［4］ 北京邁達斯技術(shù)有限公司．midas Civil2010分析設計原理手冊［M］．北京：北京邁達斯技術(shù)有限公司． ［5］ 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范：JTJ 023—85［S］．北京：人民交通出版社，1985． ［6］ 公路橋涵設計通用規(guī)范：JTJ 021—89［S］．北京：人民交通出版社，1989． ［7］ 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程：JTG／T J21—2011［S］．北京：人民交通出版社，2010． ［8］ 朱汗華，陳孟沖，袁贏杰．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析與防治［M］．北京：人民交通出版社，2006． ［9］ 李增鋒，莊一舟，程俊峰，等．橫向預應力對裝配整體式空心板橋縱向抗裂性能的影響［J］．水利與建筑工程學報，2017，15（3）：127-133． ［10］ 單積明，蔡 颯，伍 靜．山區(qū)高速公路單向縱坡箱梁橋梁體縱向滑移分析［J］．水利與建筑工程學報，2017，15（2）：176-182． ［11］ 史慧彬．砼橋梁有效預應力檢測方法試驗研究［D］．西安：長安大學，2007． ［12］ 朱利明，劉 華．三腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁底板縱向裂縫病害原因分析及對策［J］．橋梁建設，2005（S1）：114-116． ［13］ 葉 俊，吳小軍．預應力混凝土連續(xù)箱梁跨中橫向裂縫原因分析［J］．公路交通科技（應用技術(shù)版），2012（12）：243-244． ［14］ 張兆寧，賀拴海，趙 煜．底板橫向裂縫對箱梁強度及剛度影響模擬分析［J］．鄭州大學學報（工學版），2011，32（6）：18-21． ［15］ 譚 竣．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的頂板力學性能研究［J］．中外公路，2009，29（5）：131-134．

Analysis of Lateral Cracks on the Bottom of Prestressed Concrete Bridge Box Girder WU Jing，MENG Bo（Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Co．，Ltd．，Beijing 100037，China）Abstract：Due to good mechanical behavior，the prestressed concrete box girder has been applied rapidly in the highspeed bridge interchange project，however because of the complexity of the structure stress and the construction technology，difficult in quality control and other reasons exist in the design and construction，there are a large number of surface cracks in part of the bridge in use，which seriously affect the normal use of the bridge，there is impacts on the bearing capacity of the structure for sure．In this paper a prestressed concrete box girder bridge is taken as an example，based on the strength of materials，pavement layers thickness，prestress loss，bearing capacity evaluation and other aspects of the box girder bottom surface transverse cracks are analyzed to prevent such cracks，improving measures are also proposed which can provide reference for similar engineering． Keywords：highway engineering；prestressed concrete；box girder；transverse crack；load-bearing capacity 中圖分類號：U448．21＋3 文獻標識碼：A 文章編號：1672—1144（2018）01—0091—06 DOI：10．3969 ／j．issn．1672 － 1144．2018．01．016 收稿日期：2017-08-20 修稿日期：2017-09-27 作者簡介：伍 靜（1990—），女，四川雅安人，助理工程師，主要從事橋梁建設及加固設計。E-mail：coolsxim＠yeah．net

第二篇：預應力混凝土箱梁裂縫成因分析及處治

預應力混凝土箱梁裂縫成因分析及處治

作者：鄭世金 廖建軍

時間：2009-4-15 11:24:05 來源：城市建設2月的20期

摘 要 ： 對20m預應力混凝土箱梁出現(xiàn)裂縫的原因分析，提出控制、處理裂縫的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 ： 箱梁 裂縫 分析 處治

以甬臺溫高速公路橋梁中的20m預應力混凝土箱梁為例，分析裂縫發(fā)生的原因提出控制、處治混凝土箱梁的裂縫的經(jīng)驗。

1裂縫情況及分析

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)普遍會遇到的現(xiàn)象，出現(xiàn)裂縫的原因主要有：一類是由外荷載引起的裂縫，也稱結(jié)構(gòu)性裂縫或受力裂縫，表示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在嚴重問題，須在結(jié)構(gòu)設計時對設計荷載進行全面考慮；另一類裂縫是由變形引起的，也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫，指變形得不到滿足，在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生自應力，當該自應力超過混凝土允許應力時，引起混凝土開裂。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在施工過程中出現(xiàn)的裂縫基本上為變形裂縫，引起該類裂縫的原因主要有：（1）混凝土澆注后處于塑性階段，由于混凝土骨料沉落及混凝土表面水分蒸發(fā)而產(chǎn)生裂縫。（2）混凝土凝固過程中因收縮而產(chǎn)生裂縫。（3）由于溫度變化產(chǎn)生的裂縫，結(jié)構(gòu)隨著溫度變化時受到約束，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應力，當此應力超過混凝土抗裂強度，混凝土便開裂，即產(chǎn)生溫度裂縫。（4）施工不當產(chǎn)生裂縫。

從現(xiàn)場裂縫情況看，裂縫分布部位，裂縫方向、出現(xiàn)時間具有一定的規(guī)律性。裂縫都分布在跨中中橫處的腹板位置，且兩面對稱，時間一般為拆模后兩天左右。防止裂縫產(chǎn)生及外治措施：

2.1 由混凝土質(zhì)量引起的非結(jié)構(gòu)裂縫，可以采取以下防止措施：控制及改善水灰比，減少砂率，增加骨料用量，嚴格控制坍落度，混凝土凝固時間不宜過短，下料不宜過快，高溫季節(jié)注意采取緩凝措施，避免水分急劇蒸發(fā)，混凝土振搗密實，改善現(xiàn)場混凝土的施工工藝，同時注意混凝土的施工防雨、養(yǎng)護及保溫工作；結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置防裂鋼筋，以提高混凝土的抗裂性能；一旦裂縫出現(xiàn)，可以用環(huán)氧樹脂、固化劑、丙酮按1：05:0.25的比例配合進行修補，將裂縫周圍5厘米內(nèi)的混凝土用鋼刷刷毛吹凈,用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，在涂環(huán)氧樹脂，1 貼玻璃布,以后再涂一層環(huán)氧樹脂。玻璃布要求經(jīng)5%濃度的純鹼水煮沸脫脂,用清水沖洗干凈并烘干。這種封閉處理，能保證日后運營過程中梁體內(nèi)鋼筋不受大氣腐蝕,提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.2由于溫度應力引起的非結(jié)構(gòu)裂縫，鑒于先行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》對溫度荷載引起的橫向溫度應力考慮偏小，設計時應予以重視，可以通過配置足夠的溫度應力鋼筋、增加結(jié)構(gòu)的安全儲備等措施來防止裂縫的產(chǎn)生（施工過程中作者變更了設計，在腹板加了一倍的縱向鋼筋）；同時在施工時，應盡量選擇溫度低的時間澆注后半天（利用早、晚進行施工）。熱天澆注混凝土時，應降低水溫拌制，選用水化熱小和收縮小的水泥，合理使用減水劑，加強振搗以減少水化熱，提高混凝土的密實性和抗拉強度，并注意混凝土表面濕潤，同時在腹板留通氣孔，達到張拉強度及時張拉壓漿。

2.3 作者在施工中對20米預應力混凝土箱梁裂縫的控制方案和已出現(xiàn)裂縫的處理辦法是:（1）裂縫的控制方案：A、在腹板處兩面對稱增加通長縱向鋼筋，根數(shù)為原設計的一倍。B、控制好混凝土的澆注時間和澆注時的溫度，安排在早、晚或溫度低的時候進行混凝土澆注。C、及時養(yǎng)護，并用塑料布進行覆蓋，保持混凝土表面濕潤。D、在腹板處每隔5米留一個通氣孔，保證混凝土箱梁在拆模后通風散熱，保持梁體內(nèi)外溫度基本一致。E、及時拆模、及時張拉，當混凝土達到拆模強度時就及時拆模，當混凝土強度達到設計張拉強度時就及時張拉壓漿。（2）裂縫的處置措施：用環(huán)氧樹脂、固化劑、丙酮按1:0.5:0.25的配合比進行修補。將裂縫周圍5厘米內(nèi)的混凝土用鋼刷刷干凈，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂環(huán)氧樹脂，貼玻璃布，之后再涂一層環(huán)氧樹脂。玻璃布要求經(jīng)5%濃度的純鹼水煮沸脫脂，能保證日后運營過程中梁體內(nèi)的鋼筋不受大氣腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。通過以上的控制方案和防處治措施，在以后的箱梁預制過程中再沒有出現(xiàn)裂縫，并通過對裂縫的處治也不影響梁體的正常使用。結(jié)論：

預應力混凝土箱形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫很常見，但可避免或減少，關(guān)鍵是在設計時，認真驗算，合理布置構(gòu)造鋼筋或預應力筋，對易出現(xiàn)裂縫的部位，通過施工過程的嚴格控制，盡可能地避免開裂或減少裂縫的數(shù)量，減少裂縫的長度和寬度，通過對裂縫的妥善處理，控制裂縫的發(fā)展，使裂縫不至于對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，對于裂縫的問題，設計者和施工人員都應予以重視。

第三篇：20m預應力混凝土箱梁裂縫成因分析及處治

20m預應力混凝土箱梁裂縫成因分析及處治

[ 提要 ] 本文根據(jù)在預制20米預應力混凝土箱梁過程中發(fā)現(xiàn)的問題，從混凝土物理、化學及力學等角度分析，并通過施工工藝的嚴格控制，總結(jié)查找使預應力箱梁產(chǎn)生裂紋、裂縫的原因，并在實際施工中得到了很好的運用，因裂紋、裂縫影響混凝土箱梁質(zhì)量外觀的問題得到了很好的解決。

[關(guān)鍵詞] 預應力箱梁 物理 化學 力學 分析 裂縫 施工工藝

一．引言

在預制20米預應力混凝土箱梁的過程中，發(fā)現(xiàn)預應力箱梁頂板上經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，端隔板、跨中中橫隔板左右也有不同程度的裂縫，對箱梁外觀質(zhì)量產(chǎn)生了一定的負面影響。

為了爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程，避免在以后的工程施工過程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，我項目專門成立了預應力箱梁技術(shù)難題攻克小組，盡可能對混凝土箱梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作較全面的分析、總結(jié)，以便從施工找出控制混凝土裂縫的可行辦法，達到防患于未然的作用。

二、裂縫成因分析與處治

混凝土在施工過程中出現(xiàn)裂紋、裂縫，從根本上可分為以下幾種類型：

(1)荷載裂縫：

混凝土在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，可分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

a、直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫。裂縫

產(chǎn)生的原因有：

○1設計計算階段，結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當；設計圖紙交代不清等。

○2 施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。

○3 使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

分析：箱梁裂縫的產(chǎn)生是不是在使用階段產(chǎn)生的，但受施工人員素質(zhì)，責任心，及實際操作過程不規(guī)范等因素影響，不排除因次應力產(chǎn)生裂縫。

采取措施：進一步規(guī)范施工程序，嚴格按照施工流程進行施工，杜絕不規(guī)范施工操作，控制鋼筋安裝尺寸誤差，對施工人員進行責任，安全，素質(zhì)教育。

b、次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

○1在設計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結(jié)構(gòu)開裂。例

如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現(xiàn)裂縫而導致鋼筋銹蝕。

○2橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

分析：箱梁裂縫的產(chǎn)生是不是在使用階段產(chǎn)生的，施工過程中，沒有在箱梁上施加荷載，且設計采用的是較成熟的理論，故排除了次應力產(chǎn)生的裂縫。

（2）溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

○1年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導致橋梁構(gòu)件的縱向位移，一般可通過伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時

才會引起溫度裂縫。我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度。

分析：因預應力箱梁的裂縫是在短期內(nèi)，產(chǎn)生的局部小裂縫，故予以排除

○2日照。有一定面積的混凝土構(gòu)件受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。

分析：這里晝夜氣溫變化相對較大，受天氣及氣溫影響，中午溫度上升，故不排除使之產(chǎn)生裂縫的原因。

采取措施：混凝土施工后嚴格按規(guī)范進行覆蓋灑水養(yǎng)護，中午加覆蓋物，并增加灑水養(yǎng)護次數(shù)，以保持混凝土濕潤為準。

○3另外驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當。也易使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。

分析：施工過程中，沒有驟然降溫的情況發(fā)生，且混凝土最大厚度為25cm，不屬于大體積混凝土構(gòu)件，沒進入冬季施工，排除其可能性。

（3）收縮引起的裂縫

在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

○1塑性收縮。

發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?，因硬化前沉實不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。

分析及采取措施：為減小混凝土塑性收縮，施工時控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料控制速度，不宜太快，振搗密實，豎向變截面處宜分層澆筑。

○2縮水收縮（干縮）。

混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件（超過3%），鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。

混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：

a、水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混

凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經(jīng)常采用強行增加水泥用量的做法，結(jié)果收縮應力明顯加大。

b、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

c、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。d、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。e、養(yǎng)護方法。良好的養(yǎng)護可加速混凝土的水化反應，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護方式比自然養(yǎng)護方式混凝土收縮要小。

f、外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。

g、振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應根據(jù)機械性能決定，一般以5~15s/次為宜。時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。

h、對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性。

根據(jù)以上研究及理論進行分析：本箱梁預制采用的水泥、骨料等

均符合設計及規(guī)范要求，故排除材料引起的裂紋的影響。

采取措施：施工過程混凝土嚴格按配合比攪拌，根據(jù)機械性能控制振搗時間，防止出現(xiàn)因振搗時間短，振搗不密實，混凝土強度不足或不均勻的現(xiàn)象，防止出現(xiàn)因振搗時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫的現(xiàn)象。

(4)鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結(jié)構(gòu)破壞。

分析研究：根據(jù)箱梁頂板出現(xiàn)的裂縫情況，箱梁頂板有的裂縫和頂板鋼筋走向一致，故，頂板裂縫的產(chǎn)生可能與頂板鋼筋有很大的關(guān)系。

采取措施：防止鋼筋銹蝕，對于銹蝕的鋼筋要嚴格按照規(guī)范要求除去，采用足夠的保護層厚度；施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入。保護層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度。

三、施工工藝的對產(chǎn)生裂縫的影響

施工工藝質(zhì)量是引起裂縫的一個重要原因。其成因主要包括以下幾個方面：

（1）混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

(2)混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

(3)混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。

(4)混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(5)混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(6)增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

(7)混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現(xiàn)澆時，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間粘結(jié)力小，或后澆混凝土養(yǎng)護不到位，導致混凝土收縮而引

起裂縫。

(8)混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

(9)施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

(10)施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

(11)施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導致混凝土出現(xiàn)裂縫。

(12)裝配式結(jié)構(gòu)，在構(gòu)件運輸、堆放時，支承墊木不在一條垂直線上，或懸臂過長，或運輸過程中劇烈顛撞；吊裝時吊點位置不當，側(cè)向剛度較小的構(gòu)件，側(cè)向無可靠的加固措施等，均可能產(chǎn)生裂縫。

(13)鋼筋加工與安裝順序不正確，對產(chǎn)生的后果認識不足。(14)施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計量不準，結(jié)果造成混凝土強度不足和其他性能（和易性、密實度）下降，導致結(jié)構(gòu)開裂。

3、綜合以上各種原因，我預應力箱梁技術(shù)小組逐一排查，發(fā)現(xiàn)在施工過程中還存在以下問題：(1)(2)混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計量不準?；炷撂涠瓤刂撇粶蚀_，有時根據(jù)施工經(jīng)驗判斷混凝土坍落度不準確。(3)

攪拌混凝土過程中，有時混凝土坍落度過大時，加入水泥

漿重新攪拌，增大了水泥用量，導致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加。(4)發(fā)現(xiàn)端隔板出現(xiàn)裂縫處鋼筋布局不太合理。

結(jié)語

在混凝土施工過程中，混凝土的裂縫是工程施工中常見的問題，關(guān)鍵是在于設計時的合理以及施工過程的嚴格控制，盡可能地避免開裂或減少裂縫的數(shù)量，減少裂縫的長度和寬度，通過對裂縫的妥善處理，控制裂縫的發(fā)展，使裂縫不至于對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。預應力混凝土箱形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫裂紋很常見，但由于梁是橋梁結(jié)構(gòu)中一個較重要的構(gòu)件，因其特殊的受力結(jié)構(gòu)及重要性，施工中要盡量避免或減少，以保障橋梁的正常運營。

混凝土從施工到建成進入實際使用階段，牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。從混凝土可能出現(xiàn)裂縫的原因來看，可知設計疏漏、施工控制不力以及對突發(fā)事件的處理方法等，均可能使混凝土出現(xiàn)裂縫。因此，嚴格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標準進行設計、施工，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎。

第四篇：探析預應力混凝土箱梁裂縫成因

探析預應力混凝土箱梁裂縫成因

更新時間 2010-2-7 10:45:32 打印此文 點擊數(shù)

摘要：隨著混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在橋梁設計中的不斷推廣和應用，該橋型在施工和使用過程中已出現(xiàn)了許多裂縫，本文通過閱讀大量的文獻和資料，總結(jié)了混凝土箱梁裂縫產(chǎn)生的原因。

關(guān)鍵詞：預應力；混凝土箱梁；裂縫

1使用混凝土箱梁的優(yōu)點

在已建成的大跨度預應力混凝土梁橋中，當跨度超過40m后，橫截面大多采用箱形截面。其主要優(yōu)點是：

①箱形截面是一種閉口薄壁截面，其抗扭剛度大，截面效率指標較T形截面高，結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中都具有良好的穩(wěn)定性。②頂板和底板面積較大，能有效地承擔正負彎矩，并能滿足配筋的需要，適應具有正負彎矩的結(jié)構(gòu)，也更適應于主要承受負彎矩的懸臂梁、T形剛構(gòu)等橋型。③適應現(xiàn)代化施工方法的要求。④承重結(jié)構(gòu)和傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使各部件共同受力，截面效率高并適合預應力混凝土結(jié)構(gòu)的空間布束，因此具有較好的經(jīng)濟性。⑤對于寬橋，由于抗扭剛度大，內(nèi)力分布比較均勻，跨中無需設置橫隔板就能獲得滿意的荷載橫向分布。⑥適合于修建曲線橋，并具有較大的適應性。⑦能很好適應布置管線等設施。在設計上，箱形截面可極大地發(fā)揮預應力地效用。可提供很大地混凝土面積用于預應力束地通過，更關(guān)鍵地是可提供較大地截面高度，使預應力束有較大的力臂。因此，橋梁設計師可發(fā)揮箱梁和預應力地特點，頂?shù)装蹇v向鋼束采用平彎和豎彎相結(jié)合的空間曲線，集中錨固在腹板頂部的承托中（或錨固在腹板中），底板鋼束盡可能靠近腹板加厚板（齒板）并在其上錨固。2預應力連續(xù)箱梁裂縫的產(chǎn)因

預應力連續(xù)箱梁的裂縫類型主要有：邊跨斜裂縫，邊跨水平裂縫，中跨斜裂縫，中跨水平裂縫，邊跨的水平裂縫、斜裂縫同時發(fā)生，中跨的水平裂縫、斜裂縫同時發(fā)生，底板、頂板縱向裂縫，底板、頂板橫向裂縫、箱梁橫隔板的放射性裂縫，預應力錨固部位齒板附近裂縫。

預應力混凝土連續(xù)箱梁裂縫從成因角度可分為：由荷載效應（如彎矩、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂縫、由外加變形或約束引起的裂縫，主要包括“基巖效應”、地基不均勻沉降、混凝土收縮、外界溫度的變化等、鋼筋銹蝕裂縫、預加力次效應引起的裂縫、建材原因引起的裂縫。

根據(jù)裂縫產(chǎn)生部位的不同我們可將其分為：翼緣板橫向裂縫和腹板斜裂縫兩種。①翼緣板橫向裂縫一般發(fā)生在箱梁受縱向彎矩較大處的受拉翼緣板處，橫向裂縫一般均發(fā)生在跨中底板翼緣。對于連續(xù)箱梁，橫向裂縫還發(fā)生在支座負彎矩處的頂板翼緣，并且大部分出現(xiàn)在距支點1/3跨徑范圍以內(nèi)，越靠近支點裂縫越嚴重，對于該類型裂縫，主要有以下原因引起，首先，設計時翼緣板有效分布寬度考慮不足，薄壁箱梁翼緣板有效分布寬度問題實際上就是剪力滯問題，由于理論計算剪力滯效應較為繁瑣，不適于工程應用，各國普遍采用有效分布寬度的概念。由于剪力滯效應的考慮不足或計算值安全儲備較低，在一些特殊荷載工況下容易發(fā)生應力過度集中，腹板處翼緣應力波峰超過允許值，因而首先在該處發(fā)生橫向裂縫。在多年反復荷載的作用下，裂縫橫向發(fā)展，向翼緣板中部擴展，以至于形成橫向通縫。對于薄壁箱梁橋的翼緣板橫向裂縫，病害原因多歸于此。其次，混凝土徐變引起橫向裂縫，在長期荷載作用下，受混凝土徐變影響，箱梁在運營6年～7年后跨中均有不同程度的下?lián)犀F(xiàn)象。較大的形變引起箱梁應力重分布，給結(jié)構(gòu)帶來附加被動應力。由于結(jié)構(gòu)所受到的外荷載不變，各截面應力增加是由附加彎矩不斷變化引起的，附加彎矩隨時間不斷增加，直到混凝土徐變停滯為止。同時，預應力松弛也會引起橫向裂縫，對于預應力混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁內(nèi)部預應力對結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)有較大的影響，隨著橋梁運營時間的增長，預應力鋼束發(fā)生松弛效應，并且越來越明顯。在現(xiàn)代施工中一般采用低松弛鋼絞線材料，并且規(guī)范張拉工藝，但在具體操作中難免會出現(xiàn)與規(guī)范不相吻合的情況，力筋長期持荷加之混凝土收縮徐變影響，預應力損失也是相當嚴重的。同時，選用鋼筋不合理也會引起橫向裂縫，對于普通鋼筋混凝土箱梁，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力對結(jié)構(gòu)的整體剛度和裂縫的擴展有較大的影響。我們應該選用表面不光滑、化學吸附作用和握裹力都較強的預應力鋼筋。

②腹板斜裂縫一般發(fā)生在支點至1/4跨之間。對于預應力和非預應力箱梁，在施工階段以及在運營階段，腹板經(jīng)常出現(xiàn)斜裂縫，斜裂縫同樣有多種因素引起，有設計計算、設計構(gòu)造配筋、施工工藝、氣候條件、日常維護、荷載工況等。部分因素在導致翼緣板出現(xiàn)橫向裂縫的同時也是腹板斜裂縫的主要原因，首先，預應力損失過大導致腹板主拉應力過大，由于縱向預應力損失的存在，部分預應力損失超過設計計算值導致截面抗彎承載力嚴重下降，從而產(chǎn)生翼緣板橫向裂縫。對于預應力混凝土薄壁箱梁結(jié)構(gòu)，預應力損失也是腹板斜裂縫的主要病害原因，預應力損失量估計不足或者在實際張拉過程中操作不當引起應力損失量加大等情況經(jīng)常發(fā)生，導致力筋的有效預應力達不到設計要求，從而腹板因主拉應力超過容許值而發(fā)生開裂。豎向預應力鋼筋較短，張拉后少量的回縮即可產(chǎn)生較大的預應力損失，分批張拉產(chǎn)生的彈性壓縮可以使預應力損失達11％，如果有超張拉情況，其損失率更大。懸臂對稱施工時，掛籃一般后錨于豎向預應力螺紋鋼上，在施工荷載的作用下，預應力損失也比較大。其次，溫度梯度過大會導致腹板剪切應力過大，從而產(chǎn)生腹板斜裂縫。在陽光充足的地區(qū)，太陽直射橋面，因而橋面板溫度急劇升高，靠近水面的底板溫度較低，兩者形成溫度梯度。對于目前普遍采用的大跨度、變截面箱梁，隨著截面高度變化幅度的增加及箱梁長度和支撐約束的增加，溫度梯度應力沿梁長方向變化較快，對于氣溫變化較為強烈的地區(qū)，由于頂板翼緣受外界溫度影響較大，隨外界氣溫變化波動較為明顯，導致腹板拉壓應力交替頻繁，在應力幅度變化較大的區(qū)域也容易出現(xiàn)斜裂縫。同時，腹板抗剪強度設計值不足也會造成腹板斜裂縫的出現(xiàn)。設計薄壁箱梁的首要目的是減輕結(jié)構(gòu)自重，降低材料使用量，所以其腹板與翼緣板設計厚度較薄。箱梁腹板面積與抗剪承載力有密切的關(guān)系，而薄壁箱梁腹板面積與普通箱梁相比是小得多得，在無預應力作用情況下，腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和彎起鋼筋得數(shù)量來提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的條件下，其提高值亦是有限的。所以，薄壁箱梁腹板抗剪能力相對于普通混凝土箱梁較小，斜裂縫容易發(fā)生。3結(jié)語

預應力箱梁在正常使用極限狀態(tài)下不應該出現(xiàn)梁體裂縫，但是已建預應力混凝土箱梁橋上的開裂情況卻非常普遍，因此我對預應力混凝土箱梁橋典型裂縫成因進行了系統(tǒng)總結(jié)，望能為混凝土箱梁的設計和施工起到一定的參考價值。

參考文獻：

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第五篇：預應力混凝土箱梁橋溫度效應研究和裂縫防治措施（精選）

預應力混凝土箱梁橋溫度效應研究和裂縫防治措施

摘要:針對混凝土預制箱梁在各個施工階段的日照溫度場進行監(jiān)測，取得施工各階段混凝土預制箱梁的日照溫度場分布資料，利用所提出的混凝土預制箱梁溫度梯度計算模式進行橋梁溫度應力計算，并與利用相關(guān)規(guī)范規(guī)定的計算模式所得溫度應力結(jié)果進行對比分析和對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋出現(xiàn)裂縫比較普遍的現(xiàn)狀，分析了常見的裂縫形式及其成因，指出目前用于箱梁計算的平面桿系理論或空間梁格理論的局限和不足，提出用梁段單元空間分析法對箱梁進行計算;總結(jié)設計經(jīng)驗和教訓，借鑒鋼析梁和箱梁裂縫加固比擬法，對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的構(gòu)造設計提出了建議，并對容易導致裂縫的施工環(huán)節(jié)提出了具體的要求。

關(guān)鍵詞:溫度效應；裂縫；箱梁；梁段單元法；構(gòu)造設計

針對混凝土預制箱梁在各個施工階段的日照溫度場進行監(jiān)測，取得施工各階段混凝土預制箱梁的日照溫度場分布資料，利用所提出的混凝土預制箱梁溫度梯度計算模式進行橋梁溫度應力計算和對目前預應力混凝土連續(xù)箱梁橋出現(xiàn)裂縫問題比較普遍的現(xiàn)狀，并考慮該問題涉及到設計、施工、監(jiān)理等各個方面，因此浙江省公路局會同有關(guān)單位對該類橋梁裂縫問題做了大量調(diào)查研究工作，并對調(diào)查研究工作過程中所發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析，總結(jié)出若干結(jié)論，以供設計、施工、監(jiān)理等參考。

1.研究分析混凝土預制箱形梁在各施工階段的日照溫差作用下，箱梁溫度梯度隨時間變化在箱梁橫向和箱梁截面高度方向的變化模式。

通過試驗資料的整理工作，總結(jié)混凝土預制小箱梁溫度場和溫度梯度的特點，通過試驗資料的分析，提出混凝土預制箱梁的溫度梯度計算模式，并與相關(guān)規(guī)范規(guī)定的計算模式進行對比分析。

利用所提出的混凝土預制箱梁溫度梯度計算模式進行橋梁溫度應力計算，并與利用相關(guān)規(guī)范規(guī)定的計算模式所得溫度應力結(jié)果進行對比分析，在分析研究的基礎上，為設計、施工和橋梁健康評測等工作提出若干建議。

2.主要裂縫形式及其原因： 裂縫常見形態(tài)及分布如下:(1)預應力混凝土連續(xù)箱梁主要結(jié)構(gòu)性裂縫均分布于距支座L/《L-跨度)附近的腹板上，約呈45。分析認為出現(xiàn)這種裂縫主要是由于箱梁支座附近剪應力過大，腹板抗剪強度不足，以及主拉應力方向安全儲備考慮不充分等因素所致。(2)箱梁頂?shù)装宓目v向裂縫和橫向裂縫。分析認為這種裂縫主要是由于梁彎曲應力和 21

板局部應力估計不足而產(chǎn)生。

3.設計計算理論的改進

(l)目前預應力混凝土連續(xù)箱梁橋計算軟件多數(shù)按平面桿系單元編制，也有按梁格理論考慮空間計算，但它們均不能完全反映預應力混凝土連續(xù)箱梁橋結(jié)構(gòu)受力特性，因此有必要按梁段單元編制空間分析程序，充分考慮箱梁畸變、剪滯、板局部彎曲、混凝土收縮徐變及溫度作用，計算分析預應力混凝土連續(xù)箱梁橋極限承載力和正常使用極限狀態(tài)。

例如:目前出現(xiàn)常規(guī)性裂縫的部分已建預應力混凝土連續(xù)箱梁橋按平面桿系單元計算其配筋和混凝土強度均滿足規(guī)范要求，但按梁段單元進行空間分析校核時，發(fā)現(xiàn)其裂縫處主拉應力或正應力超過了規(guī)范允許值。

運用ANSYS國際標準通用有限元分析軟件對省內(nèi)高速公路某預應力連續(xù)箱梁大橋做了分析，并對平面與空間有限元分析的結(jié)果進行了比較，結(jié)果明顯大于平面分析結(jié)果，并且平面分析的第一主應力均為絕對值較小的壓應力，而空間分析結(jié)果均為拉應力?？梢?，雖然按平面分析時的計算結(jié)果都為壓應力，均滿足規(guī)范要求，但按空間分析得到的結(jié)果都為拉應力，且絕大部分的拉應力值超過了規(guī)范容許值.(2)應進一步深人理解高強度混凝土的力學特性，設計時必須控制好材料的拉應力和壓應力。例如:對比國外橋規(guī)，我國現(xiàn)行橋規(guī)混凝土拉應力和壓應力取值均存在不同程度的偏高口，混凝土主拉應力取值偏高約2倍，混凝土壓應力取值偏高約5一20%，且活荷載取值偏低約25一30%。因此按現(xiàn)行橋規(guī)設計橋梁時建議適當降低混凝土使用應力和提高安全系數(shù)為妥。

(3)對混凝土的溫度應力要有正確的認識，在現(xiàn)行橋規(guī)不盡合理的情況下，設計人員進行溫度應力分析時，可以借鑒國外橋規(guī)相關(guān)規(guī)定及鐵道部關(guān)于箱梁橋溫度分布測試研究得出的溫度梯度模式。

(4)進行預應力混凝土連續(xù)箱梁橋設計計算時，除考慮溫度應力外，還應考慮混凝土徐變與收縮應力、支座沉降、荷載沖擊系數(shù)和荷載應力。

(5)理論計算模型與實際結(jié)構(gòu)總是存在著一定的“差異”，由此導致計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際應力的誤差，因此，在具體進行預應力連續(xù)箱梁橋設計時，要求結(jié)構(gòu)各截面的應力應具有一定的安全儲備。

4.設計構(gòu)造的建議由于現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTJ023一85)的許多內(nèi)容明顯滯后于當前的工程實踐，有些條款實際是基于簡支梁橋制定的，因此難以及時指導迅速發(fā)展的工程實踐。鑒于這種情況，預應力混凝土簡支箱梁橋的設計構(gòu)造除應認真研究利用現(xiàn)行公路橋梁設計規(guī)范外，還應該結(jié)合設計經(jīng)驗和教訓，積極借鑒鋼析梁和箱梁裂縫加固比擬法思想和國家 22

其他部門制定的相關(guān)標準及有關(guān)國外標準。

(1)工程類比思想—比擬法的引用：A、鋼析梁橋抵抗剪力比擬法鐵路上的武漢長江大橋、九江長江大橋、蕪湖長江大橋均屬連續(xù)鋼析梁橋，其剪力由斜腹桿承受，扭轉(zhuǎn)和畸變由主析架平聯(lián)、橋門架、橫聯(lián)承受，假如鋼析梁四周布置鋼筋，澆一層混凝土，就可抽象為連續(xù)鋼析梁骨架混凝土箱梁橋；B、預應力混凝土連續(xù)箱梁裂加固比擬法根據(jù)文獻可知，如果在直裂縫方向每隔30cM粘貼鋼板條，對比鋼筋混凝土梁橋配筋要求，所粘鋼板條正好和抗剪鋼筋受力一致。因此，參照鋼彬梁橋設有專門抗和抗扭構(gòu)造，及預應力混凝土連續(xù)箱裂縫加固增設抗剪鋼板條，采用工程比法思想，預應力混凝土連續(xù)箱梁橋縫防治辦法可借用上述抗剪和抗扭造，解決其混凝土強度等不足的問題。

(2)其他設計構(gòu)造措施

A、重視非預應力鋼筋的配置非預應力鋼筋包括縱向分布鋼筋或受力鋼筋，特別是箍筋和抗裂鋼筋(對構(gòu)件的抗剪、斜截面強度和主拉應力的貢獻是非常大的，而且混凝土強度等級越高，箍筋的套箍作用越顯著)。如美國橋規(guī)(l994年版)規(guī)定:①在斜裂縫極有可能出現(xiàn)的所有區(qū)域中需要設置橫向鋼筋(最好設置與裂縫垂直的斜箍筋)。②橫向鋼筋根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況可設置與受拉縱筋成不小于45。度的斜箍抗裂鋼筋，并與垂直鋼筋(與構(gòu)件軸線垂直)焊接成鋼筋網(wǎng)。

B、加強端隔墻和支座隔板端隔墻和支座隔板是抵抗箱梁畸變與扭轉(zhuǎn)的根本構(gòu)件。為防止端隔墻和支座隔板的開裂，建議隔墻或隔板開口為橢圓形，并為橢圓形配置構(gòu)造鋼筋。

C、提高鋼筋與混凝土的粘結(jié)力采用較小直徑的鋼筋，分散布置，盡量使用螺紋鋼筋，避免采用光面鋼筋，這些措施可有效提高鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，可避免裂縫或使裂縫間距和寬度較小。

D、重視抵抗局部應力的配筋在錨固區(qū)，預應力筋彎起處等部位加強配筋，可以有效防止產(chǎn)生頂、底板的齒板裂縫和曲束裂縫。當梁高大于1時，為控制梁的腹板收縮裂縫，在腹板兩側(cè)沿梁高應布置一定數(shù)量的縱向水平鋼筋。

5.幾施工養(yǎng)護的措施

(1)混凝土質(zhì)量引起的非結(jié)構(gòu)性裂縫，可采取如下防治措施:定期測定砂、石料含水量，嚴格控制水灰比和骨料級配及砂、石含雜質(zhì)和泥量，這是混凝土質(zhì)量的基本保證，也是現(xiàn)階段施工中最易忽視的問題，施工監(jiān)理單位必須嚴格把關(guān)，其次混凝土施工工藝必須按規(guī)范執(zhí)行，結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置防裂鋼筋，以提高混凝土的抗裂性能。

(2)溫度應力引起的非結(jié)構(gòu)性裂縫，可采取如下防治措施:設計時應重視溫度應力的影響，可采取施加橫向預應力、配置足夠的溫度應力鋼筋、增加結(jié)構(gòu)的安 23

全儲備等措施來防止裂縫的產(chǎn)生。

(3)混凝土收縮應力引起的裂縫，可采取防治措施:施工時嚴格控制混凝土配合比，不應為了提高混凝土強度(或早期強度)用增加水泥用量的辦法，使用減水劑應謹慎合理，同時加強振搗以減少水化熱，大體積混凝土應采取分層澆筑的方法。重視餛凝土的養(yǎng)護工作，尤其是初期養(yǎng)護，因為浪凝土的初期養(yǎng)護條件直接影響其抗拉強度增長的快慢，如混凝土的收縮應力最初階段沒有引起混凝土開裂，隨著時間的延續(xù)，由于混凝土徐變的影響，收縮應力將會減小，產(chǎn)生收縮裂縫的可能性也就減小。

(4)施工不當引起的裂縫，可采取如下防治措施: 改進施工方法和施工工藝，例如:豎向預應力筋由于伸長量小，混凝土收縮回彈量大，必須反復張拉，以確保實際豎向預應力達到設計要求;橫隔板裂縫應通過改善臨時固結(jié)支座的布置，有效地限制裂縫的產(chǎn)生，同時在橫隔板內(nèi)布置加強鋼筋或鋼筋網(wǎng)，以提高橫隔板的強度和剛度;另外，通過在橋面鋪裝層增設橫向鋼筋，加強橋面板與橋面鋪裝層的粘結(jié)，可達到減少裂縫的目的。

6.結(jié)語

根據(jù)預應力混凝土簡支箱梁橋產(chǎn)生裂縫原因分析及防治措施的研究，可以綜述如下:(1)通過對混凝土預制小箱梁橋三個施工階段日照溫度場的實橋觀測，確定了各個施工階段對混凝土預制小箱梁日照溫度場的影響方式和影響大??；確定了混凝土預制小箱梁日照溫度場和溫度梯度的特點，為混凝土預制小箱梁橋的研究和設計工作提供了定性指導；通過對實橋項目三個階段的溫度觀測及觀測數(shù)據(jù)的整理，得出了混凝土預制小箱梁橋日照溫度場分布特點的幾個結(jié)論，其中，混凝土預制小箱梁橋橋面鋪裝對箱梁日照溫度場影響較大對于小箱梁組合截面梁橋，邊箱梁的內(nèi)側(cè)與外側(cè)溫度場差異較為明顯等特點對今后的研究及設計工作具有參考作用。

(2)關(guān)鍵是在設計時，認真計算和驗算，合理布置預應力筋和構(gòu)造鋼筋。在現(xiàn)行設計規(guī)范、設計手冊的基礎上，采用空間梁段單元計算方法(但普通梁單元并不能全面反映混凝土梁畸變，面外彎曲和主拉應跡線等計算，應采用應變連續(xù)的空間梁段單元進行分析才行)。參照國家標準或國外橋規(guī)，針對主要結(jié)構(gòu)性裂縫形式及原因，建議預應力混凝土連續(xù)箱梁橋設計方法在原設計方法的基礎上增強構(gòu)造措施和配置適量預應力鋼筋及足夠數(shù)量的非預應力鋼筋的辦法處理，防止結(jié)構(gòu)性裂縫。

(3)其次是嚴格控制施工過程和施工工藝，確保施工質(zhì)量，盡可能避免開裂或減少非結(jié)構(gòu)性裂縫，同時對非結(jié)構(gòu)性裂縫妥善處理，控制裂縫發(fā)展，封閉裂縫，使裂縫不至子對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的危害，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。

總之，對于預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的裂縫問題，設計、施工和監(jiān)理人員都應該嚴格把關(guān)，針對各種具體情況采取必要的措施。

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