施炳前

1 連續(xù)剛構(gòu)橋的裂縫產(chǎn)生綜述

1.1 腹板裂縫

1)主拉應(yīng)力產(chǎn)生腹板斜裂縫。這些裂縫一般出現(xiàn)在支點與反彎點之間的區(qū)域,在支座附近區(qū)域,初始豎向開裂后,腹板中的傾斜裂縫變得越來越斜,說明腹板抗剪能力不足,主拉應(yīng)力方向抗裂安全儲備不夠。2)錨后拉應(yīng)力產(chǎn)生腹板斜裂縫。采用懸臂澆筑法施工的預應(yīng)力混凝土梁和部分預應(yīng)力混凝土梁,在懸臂分段澆筑中,錨頭往往布置在接縫面。由于在接縫面上新澆混凝土之間的抗拉強度低很多,因此,如果在此錨固預應(yīng)力筋,將在錨固區(qū)引起局部高壓應(yīng)力而導致蠕變。3)連續(xù)梁邊跨端部腹板斜裂縫。連續(xù)梁邊跨端部腹板受力比較特殊,應(yīng)力分布十分復雜。連續(xù)梁邊跨端部往往是在支架上現(xiàn)澆的,此處剪力較大,在施工和體系轉(zhuǎn)換過程中會受到一些次內(nèi)力的影響,也是局部受力集中之處,同時,巨大的支座反力也主要是依靠腹板來傳遞的。在邊跨梁端又是預應(yīng)力筋集中錨固區(qū)域,局部高應(yīng)力所引起的徐變也比較大。要預先了解引起這些應(yīng)力的各種因素是非常困難的,即使可以預知這些應(yīng)力,要詳細說明或用公式表示其計算方法或數(shù)學模擬也是很困難的。這主要與端部沒有配置彎起索或彎起索不足有關(guān),即使配置豎向預應(yīng)力筋也由于鋼筋較短或是由于人工操作不當帶來的過大預應(yīng)力損失,以至難以抵抗主拉應(yīng)力。

1.2 頂、底板裂縫

通過對幾座橋梁的實地調(diào)查分析,箱梁的頂、底板也存在一定程度的縱向裂縫和橫向裂縫。作者分析認為箱梁頂板、底板的裂縫是由于箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的。計算箱梁頂、底板的主應(yīng)力時,必須考慮頂、底板的橫向正應(yīng)力。由于在箱梁頂、底板的剪應(yīng)力相對較小,所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁頂?shù)装宓臋M向方向相同,那么產(chǎn)生的裂縫方向大致與橋軸方向平行。此外,溫差或收縮引起的局部應(yīng)力,頂、底板齒板受力,曲線配索的橫向受力,預應(yīng)力筋錨頭處局部受力以及截面分層處和施工接縫處的局部應(yīng)力都有可能產(chǎn)生嚴重的局部應(yīng)力,使頂、底板開裂。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫的控制措施探討

2.1 箱梁配筋控制措施

1)縱向預應(yīng)力筋?？v向配直線束的做法既篩化了設(shè)計和施工,又減少了摩阻損失,對建立縱向有效預應(yīng)力有利,而剪應(yīng)力需配置密排的豎向預應(yīng)力束來克服。這是由于豎向直線束太短,伸長量太小,幾乎建立不起有效預應(yīng)力來,建立值與設(shè)計值相差太大,難免會出現(xiàn)主拉應(yīng)力方向的結(jié)構(gòu)性裂縫。另外,剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力沿縱向是連續(xù)分布的,配直線束加密排豎向束組合,一定存在一段應(yīng)力空白區(qū)。建議應(yīng)合理布置腹板內(nèi)縱向預應(yīng)力彎束,讓預應(yīng)力提供的抗剪能力沿縱向有一個連續(xù)分布,并盡可能多地將預應(yīng)力束布置在腹板內(nèi);建立起足夠的縱向有效預應(yīng)力和彎起束提供的豎向預應(yīng)力,有效減小或消除主拉應(yīng)力,減少或消除腹板裂縫。2)豎向預應(yīng)力筋。豎向預應(yīng)力筋設(shè)置能顯著地減小或消除主拉應(yīng)力,但力筋太短,難以建立有效預應(yīng)力,雖在施工工藝上加以改進,如采用超張拉或反復3次張拉,仍存在一些問題。我們對某大橋做了這方面試驗,從測試的幾根來看,效果不錯,但難免存在一些人為因素,這與施工人員的素質(zhì)分不開,如緊固螺母、壓漿飽不飽滿等。

2.2 補強控制措施

1)后張預應(yīng)力筋錨區(qū)加強鋼筋。后張預應(yīng)力筋錨固區(qū)分為端面錨固、齒塊錨固和齒槽錨固三種形式。端面錨固是最常用的錨固方式,預應(yīng)力筋伸出并直接支承于構(gòu)件端面,與構(gòu)件端部一起形成一種理想的錨塊構(gòu)造。除構(gòu)件端部正常配筋,端面錨固區(qū)內(nèi)配置的附加鋼筋為錨墊板下的局部加強鋼筋,其主要采用螺旋鋼筋,也可采用空間鋼筋網(wǎng)。螺旋鋼筋一般與錨具配套供應(yīng),對加強錨下混凝土局部承壓的效果好,施工方便,但各錨具的螺旋鋼筋相互獨立、對錨塊無整體作用效果;空間鋼筋網(wǎng)由施工現(xiàn)場構(gòu)造而成,其對加強錨下混凝土局部承壓的效果不如螺旋鋼筋,施工相對方便,但其將各錨具的加強鋼筋連成一體,具有整體作用效果。因此理想的錨塊應(yīng)以螺旋鋼筋形成錨下局部承壓加強作用,錨具間附加適量的空間鋼筋網(wǎng)構(gòu)成整體加強作用。這種空間鋼筋網(wǎng)是以橫向鋼筋為主的,主要限制錨塊整體橫向膨脹,根據(jù)錨下應(yīng)力傳遞規(guī)律,空間鋼筋網(wǎng)可從螺旋中下部開始布置。

齒塊錨固的加強鋼筋應(yīng)由兩部分組成,一部分為錨固塊自身加強鋼筋,基本構(gòu)造與端面錨塊相似,但橫向環(huán)齒塊的鋼筋應(yīng)力為錨固于板內(nèi)的閉合箍筋,并由網(wǎng)格鋼筋對拉。另一部分加強鋼筋布置在齒塊所在處的頂板或底板內(nèi),縱向按兩層分布,橫向范圍約兩個齒塊寬度,間隔布置在原板上、下層縱向分布鋼筋之間。

2)薄板預應(yīng)力筋錨后擴散加強鋼筋。在節(jié)段施工預應(yīng)力混凝土箱梁頂板與底板的端面上往往需要錨固預應(yīng)力筋,由于箱梁截面較大、板壁薄而寬,預加力需要沿力線方向經(jīng)一定長度才能逐步擴散至全截面。在預加力逐步擴散的區(qū)段內(nèi),主壓應(yīng)力形成斜向擴散力線,但垂直力線的主拉應(yīng)力則可能導致混凝土開裂。因此,頂板與底板錨后應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的加強鋼筋,尤其對于錨具距離腹板較遠的情況。對于齒板錨固方式,除在錨固點局部設(shè)置加強鋼筋外,預加力擴散區(qū)的加強鋼筋設(shè)置方法也同上相似。

2.3 頂板裂縫控制措施

1)認真審查工程結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙,復核板厚、鋼筋;2)加強鋼筋工程的隱蔽驗收,注意檢查鋼筋的直徑、間距、上下層鋼筋之間的有效高度、鋼筋的錨固長度、下層鋼筋的保護層墊板厚度及分布等是否符合設(shè)計、施工規(guī)范要求;3)澆搗混凝土時,安排專人負責管理,以免上層負筋被踩壓下沉;4)板中預埋電線套管時下方多設(shè)些墊塊,以確保下層鋼筋的有效保護層;5)嚴格按照施工規(guī)范規(guī)定,嚴禁在現(xiàn)澆混凝土未達到設(shè)計強度之前拆模,板上施工堆載應(yīng)均勻分布,且避免過重;6)重視事前控制,確保板件厚度及混凝土強度達到設(shè)計要求。

2.4 大體積混凝土施工裂縫控制措施

從裂縫的形成過程可以看到,特別是大體積混凝土之所以開裂,主要是混凝土所承受的拉應(yīng)力和混凝土本身的抗拉強度之間矛盾發(fā)展的結(jié)果。因而為了控制大體積混凝土裂縫,就必須盡最大可能提高混凝土本身抗拉強度性能和降低抗拉應(yīng)力(特別是溫度應(yīng)力)這兩方面綜合考慮?？估瓘姸戎饕獩Q定于混凝土的強度等級及組成材料,要保證抗拉強度關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化(混凝土強度等級設(shè)計已經(jīng)確定)。由于混凝土選用地材,從經(jīng)濟角度來考慮,原材料優(yōu)化的空間相對較小,所以降低拉應(yīng)力是控制混凝土裂縫的有效途徑,而降低拉應(yīng)力主要通過減小溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來控制溫度裂縫和沉縮裂縫。

3 結(jié)語

預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因,涉及設(shè)計計算、施工工藝、養(yǎng)護管理、材料性質(zhì)、氣候環(huán)境等各個方面。因此,要細致全面的分析每一個因素對箱梁結(jié)構(gòu)的影響程度是很困難的,多數(shù)情況下也是沒有必要的。通過對結(jié)構(gòu)裂縫形式和狀態(tài)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),目前預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫產(chǎn)生的位置和形式具有一定的規(guī)律性,因此可以推斷,導致目前該類結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響因素也具有一定的代表性。

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