祁 長 林

(中鐵三局集團(tuán)第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

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預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁典型病害機(jī)理分析

祁 長 林

(中鐵三局集團(tuán)第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

簡述了大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的典型病害類型，從預(yù)應(yīng)力布置形式、溫度、混凝土收縮徐變等方面，分析了橋梁裂縫以及下?lián)系闹饕?，為控制橋梁病害的發(fā)生提供了依據(jù)。

混凝土橋梁，預(yù)應(yīng)力，裂縫，撓度

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁因具有較好的抗彎抗扭性、結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、剛度大等特點(diǎn)，在交通行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但由于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力比較繁雜，長期使用過程中易出現(xiàn)開裂和撓曲變形[1]。因此，針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁病害的研究，已經(jīng)成為現(xiàn)今國內(nèi)外專家學(xué)者比較關(guān)注的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。

1 大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的典型病害

1.1 大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)狀

通過對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁受力特性的分析，以及對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)位置和形式的調(diào)查顯示，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的裂縫呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性[2,3]：主要在箱梁頂、底板出現(xiàn)縱向裂縫和靠近邊跨兩端兩側(cè)腹板中部出現(xiàn)45°斜向裂縫，如圖1，圖2所示。

1.2 大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁長期下?lián)犀F(xiàn)狀

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在使用過程中，結(jié)構(gòu)的長期撓度大于設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的預(yù)算值，并且隨著使用時(shí)間的增長撓度逐漸增大，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的另一顯著病害的發(fā)生，即跨中持續(xù)下?lián)蟍4]，跨徑與下?lián)夏昶骄俾赎P(guān)系如表1所示。

表1 跨徑與下?lián)夏昶骄俾实年P(guān)系

跨徑L/m下?lián)系哪昶骄俾蔲/mm·年-1L=100～160f=5～10L=160～220f=10～20L=220～270f=20～30

2 誘發(fā)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫的分析

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的裂縫形成因素較為復(fù)雜。在影響裂縫形成因素中，某一單一因素不一定是引起裂縫的主要因素。但是由于各種因素結(jié)合起來，就會(huì)導(dǎo)致箱梁裂縫，這就加大了分析大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋裂縫形成原因的難度。筆者總結(jié)了易引發(fā)裂縫產(chǎn)生的因素，有如下幾點(diǎn)。

2.1 預(yù)應(yīng)力的損失及布置形式

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中的應(yīng)力主要由縱向預(yù)應(yīng)力、豎向預(yù)應(yīng)力以及由預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力組成。當(dāng)僅有縱向預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，由于方向?yàn)樗降念A(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力和荷載引起的法向應(yīng)力共同作用，保證正截面混凝土拉應(yīng)力不超限，可以避免出現(xiàn)彎曲裂縫；當(dāng)存在豎向預(yù)應(yīng)力和彎曲預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，由于方向?yàn)閮A斜的預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力、荷載引起的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力三者共同作用，可以避免產(chǎn)生斜裂縫。豎向預(yù)應(yīng)力由于其構(gòu)造原因，預(yù)應(yīng)力損失較大；混凝土收縮徐變特性、鋼束自身的松弛特性和施工不當(dāng)使縱向預(yù)應(yīng)力損失過大。實(shí)際鋼束的預(yù)應(yīng)力損失較設(shè)計(jì)計(jì)算偏大，結(jié)構(gòu)中的由預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力偏小，使(主)拉應(yīng)力超限而產(chǎn)生裂縫。

在配筋計(jì)算中，為了減少摩阻損失，且對(duì)建立縱向有效預(yù)應(yīng)力有利，剪應(yīng)力需要配置密排豎向預(yù)應(yīng)力束克服。針對(duì)于這一問題，往往采用在豎向配直線束的布設(shè)形式進(jìn)行處理。但由于豎向直線束較短，很難建立起有效地預(yù)應(yīng)力，且建立值和設(shè)計(jì)值相差較大。因此，預(yù)應(yīng)力在組合時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力空白區(qū)，這是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因之一。

2.2 溫度及箱梁空間效應(yīng)考慮不足

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中的橫向溫差是引起頂?shù)装瀹a(chǎn)生橫向拉力的主要原因。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分考慮溫度荷載效應(yīng)。

此外，箱梁的空間效應(yīng)對(duì)力學(xué)性能的影響較大，由于剪力滯效應(yīng)，箱梁腹板上下緣的平均應(yīng)力遠(yuǎn)大于縱向拉應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。在變截面箱梁中，由于底板橫向配筋不足，也會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生，裂縫位置常出現(xiàn)在底板橫向跨中下緣。

2.3 其他原因

除上述誘發(fā)裂縫產(chǎn)生的原因以外，建筑材料的質(zhì)量、施工過程中的質(zhì)量控制和使用過程中的超載問題等因素也是引起裂縫產(chǎn)生的原因。

3 誘發(fā)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁下?lián)系姆治?/h2>

3.1 預(yù)應(yīng)力

對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋撓度影響較大的因素主要有預(yù)應(yīng)力的布置形式、有效預(yù)應(yīng)力的大小和時(shí)間效應(yīng)。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注重預(yù)應(yīng)力布束對(duì)橋梁下?lián)系挠绊?。但是，目前只從施工和正常狀態(tài)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力考慮是否合理進(jìn)行布束，而沒有綜合可變荷載進(jìn)行分析。在對(duì)懸臂狀態(tài)撓度的控制時(shí)，主要是采用在箱梁頂板設(shè)懸澆束的布束方式進(jìn)行處理，以減少混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)長期撓度的影響。此外，影響大跨徑混凝土梁橋下?lián)系牧硪粋€(gè)主要因素就是梁橋的使用時(shí)間，即隨著使用時(shí)間的增長與有效預(yù)應(yīng)力成反比。

3.2 混凝土收縮徐變

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在使用過程中，受混凝土組成材料和性質(zhì)的收縮變異性較大等內(nèi)因的影響，使得混凝土的收縮量難以確定，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的長期撓度難以預(yù)測?；炷恋耐饧觿?、施工方法和張拉齡期等外因同樣影響著混凝土的收縮徐變，難預(yù)測其完成時(shí)間，從而又加大了分析預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋下?lián)系碾y度。

3.3 橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算方面的不足

目前在橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算中，桿系程序與實(shí)際有較多的差異。尤其是大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中混凝土的收縮徐變與結(jié)構(gòu)的長期性能的計(jì)算存在較多的問題?；炷料淞涸谟?jì)算過程中應(yīng)考慮腹板豎向應(yīng)力的配筋問題，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)與其他類型橋梁設(shè)計(jì)理念相結(jié)合。

此外，在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，對(duì)溫度條件、有效預(yù)應(yīng)力的時(shí)變性、各板件之間的收縮差等因素欠考慮。因此尋求到較為合理準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法的重要性尤為顯著。

3.4 施工方法

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋常采用懸臂現(xiàn)澆法進(jìn)行施工。該方法對(duì)梁橋下?lián)系挠绊懯秦Q向接縫的質(zhì)量問題和混凝土超方的問題。而在梁橋設(shè)計(jì)過程中，只是按照無接縫的理念計(jì)算的，沒有考慮豎向接縫對(duì)于梁橋結(jié)構(gòu)的影響，使得豎向接縫出現(xiàn)很多的質(zhì)量問題，造成理論與實(shí)際的偏差。當(dāng)采用整體澆筑時(shí)，混凝土由剪切徐變引起的撓度變化可以不計(jì)。但當(dāng)采用分段澆筑時(shí)，在不良豎向接縫處剪切變形較大，在后續(xù)使用過程中產(chǎn)生的剪切徐變較大，這種不良接縫引起的撓度增量不可忽略。

4 結(jié)語

通過對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁典型病害的理論和技術(shù)研究，找出主梁出現(xiàn)開裂和長期下?lián)系脑?，即：在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)方法不完善，認(rèn)識(shí)不夠全面；在施工過程中，施工工藝和質(zhì)量有缺陷；在使用過程中，沒有綜合分析引起病害產(chǎn)生的原因，直接使用某一施工方法，從而導(dǎo)致病害的加劇。為選擇適宜的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的加固方法做出了前期理論研究。

[1] 王國亮，謝 峻，傅守方.在用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫調(diào)查研究[J].公路交通科技,2008，25(8)：52-56.

[2] 徐 棟.橋梁體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2008.

[3] 鐘新谷.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫防治與研究[J].鐵道學(xué)報(bào)與工程學(xué)報(bào),2006(3):7-14.

[4] 柳 磊.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋開裂與下?lián)铣梢蚍治鯷D].上海：同濟(jì)大學(xué)碩士論文,2009.

Typical disease mechanism of prestressed concrete bridge

Qi Changlin

(The Six Co., Ltd of the Copyright by China Railway No.3 Group, Jinzhong 030600, China)

The paper briefly describes typical diseases types of large-span prestressed concrete bridge, and analyzes major bridge cracking and deflection causes from aspects of prestress layout forms, temperature and concrete shrinkage, which has provided some guidance for controlling bridge diseases.

concrete bridge, prestress, crack, deflection

1009-6825(2016)12-0140-02

2016-02-19

祁長林(1982- )，男，工程師

U445.7

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