胡華彪

(湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院)

0 引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋是目前工程中采用最多的橋梁形式，具有以下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)剛度大、整體性好，施工速度快且質(zhì)量能夠得到保證等。然而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，該類橋梁也出現(xiàn)了不少的問(wèn)題，其中以腹板處易出現(xiàn)裂縫最為常見(jiàn)，因而有必要對(duì)其進(jìn)行深入的研究。筆者以跨湘江某大橋?yàn)楣こ瘫尘?，在箱梁相?yīng)位置埋設(shè)傳感器，在施工過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用ANSYS 空間有限元模型進(jìn)行模擬，揭示了裂縫產(chǎn)生的原因，并提出了防治措施。并進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，得到的數(shù)據(jù)表明，裂縫產(chǎn)生原因分析正確，裂縫得到了有效的處理。通過(guò)此次對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋腹板斜向裂縫的研究，得到了一些結(jié)論。

1 工程背景

某在建跨湘江大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋，橋跨布置為40 +5 ×60 +40 m，采用單箱雙室截面，筆者親自參與了全橋的施工監(jiān)控過(guò)程，發(fā)現(xiàn)箱梁腹板截面處存在不同程度的裂縫。

2 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁箱梁橋的腹板開(kāi)裂成因分析

查閱相關(guān)資料，可以得知，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁腹板處裂縫產(chǎn)生原因主要包括:溫度、荷載、干縮、腐蝕等，其中涉及到豎向預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大、溫度及施工工藝等多個(gè)方面，但究其原因，實(shí)際上是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)主拉應(yīng)力超出了混凝土材料的抗拉強(qiáng)度造成的。

為準(zhǔn)確分析腹板處裂縫產(chǎn)生原因，主要以下角度著手:施工現(xiàn)場(chǎng)，在箱梁截面腹板裂縫產(chǎn)生處埋設(shè)應(yīng)力傳感器(圖1)，同時(shí)，運(yùn)用有限元軟件來(lái)模擬相關(guān)施工過(guò)程。

圖1 應(yīng)力傳感器埋設(shè)位置示意圖

2.1 豎向預(yù)應(yīng)力分析

通過(guò)埋設(shè)應(yīng)力傳感器，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到7#梁段腹板處，在張拉豎向預(yù)應(yīng)力筋后的截面應(yīng)力值，同時(shí)通過(guò)理論計(jì)算得到了截面應(yīng)力理論值，具體可見(jiàn)表1、圖2。

表1 應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值

圖2 應(yīng)力變化情況

可以看出，應(yīng)力實(shí)測(cè)值與模擬計(jì)算理論值相差不大，但隨著后續(xù)梁段的架設(shè)，預(yù)應(yīng)力會(huì)發(fā)生很大的損失，從而導(dǎo)致主拉應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生裂縫。

2.2 溫度影響

溫度會(huì)對(duì)于橋梁有很大的影響，在炎熱的夏天，橋梁向陽(yáng)側(cè)由于受到太陽(yáng)直射，溫度較高，而在背陽(yáng)側(cè)，溫度要低得多，溫差可達(dá)10 ～15 ℃，有必要考慮溫度梯度的影響。

本文運(yùn)用ANSYS 有限元軟件對(duì)該橋進(jìn)行模擬，通過(guò)在預(yù)應(yīng)力筋節(jié)點(diǎn)和與預(yù)應(yīng)力筋鄰近的混凝土單元之間建立約束，來(lái)模擬混凝土和預(yù)應(yīng)力筋之間的共同工作。為了更加細(xì)致的分析箱梁的實(shí)際受力狀態(tài)，對(duì)7#梁段建立了空間模型。模擬過(guò)程中通過(guò)降溫法來(lái)施加預(yù)應(yīng)力，控制單元的生死來(lái)模擬豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉。

同時(shí)埋設(shè)傳感器進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，得到了在溫度梯度作用下，7#梁段腹板處應(yīng)力變化趨勢(shì)，同時(shí)與理論值進(jìn)行對(duì)比，如圖3 所示。

圖3 7#節(jié)段腹板處應(yīng)力變化

2.3 施工因素

(1)模板安裝粗糙，混凝土澆筑時(shí)易發(fā)生變形或位移，使腹板厚度不能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的張拉力，預(yù)應(yīng)力筋張拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)值和波紋管就位時(shí)偏離了設(shè)計(jì)的坐標(biāo)值，對(duì)腹板內(nèi)力造成不利影響。

(3)在懸臂平衡掛籃澆筑時(shí)，未對(duì)掛籃預(yù)壓重或壓重不足就進(jìn)行階段混凝土澆筑，箱梁澆筑的順序由里向外，導(dǎo)致掛籃下?lián)?，結(jié)果在與上一施工階段連接的工作縫處出現(xiàn)很向裂縫。即使張拉預(yù)應(yīng)力束后，裂縫也不可能閉合。由于這些裂縫的存在，剪應(yīng)力急劇增大，導(dǎo)致主拉應(yīng)力增大。

(4)箱梁骨架鋼筋多且間距小，肋板、橫梁、內(nèi)蓋梁處的混凝土難以振實(shí)，混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，包裹力也大為降低。

(5)張拉槽口處抗剪鋼筋失效。

研究資料表明，這些因素也可能會(huì)對(duì)腹板處裂縫的產(chǎn)生有一定的影響。

3 腹板裂縫的防治措施

(1)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力張拉精度，改善預(yù)應(yīng)力張拉工藝，對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力筋采取“提前、滯后”的二次張拉工藝，即在縱向腹板束張拉前先施加豎向預(yù)應(yīng)力筋全部預(yù)加力，避免腹板由于過(guò)大的局部拉應(yīng)力產(chǎn)生開(kāi)裂，第一次張拉完成后約15—20d 時(shí)間，再進(jìn)行二次復(fù)張拉到設(shè)計(jì)應(yīng)力，這樣可以減少豎向預(yù)應(yīng)力損失;

(2)加強(qiáng)混凝土施工質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制混凝土的配合比，做好混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作;

(3)必須保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度和彈性模量、滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的加載齡期時(shí)再開(kāi)始張拉預(yù)應(yīng)力束。

4 結(jié) 論

在實(shí)際工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋運(yùn)用的最為廣泛，其施工工藝非常成熟，但是也存在一些問(wèn)題，本文結(jié)合實(shí)際工程，針對(duì)該橋梁腹板易出現(xiàn)裂縫的情況進(jìn)行了深入研究，并找到了該類裂縫出現(xiàn)的主要原因，并提出了合理的處理措施，結(jié)果表明，分析結(jié)果正確，處理措施正確得當(dāng)，全橋在建成后很好的滿足了設(shè)計(jì)要求，為以后同類型橋梁的施工提供了參考。

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