謝 智 潮

(福州市公路局，福建 福州 350002)

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瑯岐大橋翼緣板裂縫專項研究

謝 智 潮

(福州市公路局，福建 福州 350002)

對瑯岐大橋T梁翼緣板及其根部對應(yīng)的橋面鋪裝普遍存在的縱向裂縫作了外觀檢查，通過現(xiàn)場試驗和有限元分析，探討了該種裂縫的產(chǎn)生原因，指出在設(shè)計荷載允許的范圍內(nèi)該裂縫對橋梁的安全性沒有影響。

翼緣板，橋面鋪裝，裂縫，有限元分析

0 引言

本次試驗選自瑯岐大橋裂縫較多的第19跨進(jìn)行。該橋跨為40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橫向共布置5片T梁，橋?qū)?0 m+2×0.5 m=11 m，設(shè)計荷載等級為：汽車—20級，掛車—100級。

外觀檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該橋第19跨翼緣板存在較多，其中第2片～4片T梁根部裂縫幾乎縱向貫通全跨，同時與根部位置豎直方向上對應(yīng)的橋面鋪裝層也存在縱向貫通裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.26 mm，超過規(guī)范要求的限值。為了研究T梁翼緣板根部裂縫是否豎向貫穿、該裂縫產(chǎn)生的可能原因及危害程度，本文采用試驗與有限元相結(jié)合的方法進(jìn)行研究分析。

瑯岐大橋第19跨橫斷面圖見圖1。

1 翼緣板裂縫專項檢查

1.1 橋面鋪裝裂縫分析

選擇翼緣板根部裂縫較寬及其對應(yīng)的橋面鋪裝位置，先通過取芯測量橋面鋪裝及裂縫深度，然后鑿除部分橋面，觀察結(jié)合面T梁翼緣板是否開裂。橋面鋪裝芯樣見圖2。試驗結(jié)果表明:1)裂縫深度貫通整個鋪裝層，鋪裝層厚度與設(shè)計厚度一致，但結(jié)合面T梁翼緣板未見裂縫；2)鋪裝層鋼筋沉底。

1.2 翼緣板根部取芯

選擇與鑿除橋面鋪裝對應(yīng)的翼緣板根部進(jìn)行結(jié)構(gòu)取芯，為了不破壞梁體鋼筋，取芯深度為4 cm。取芯位置見圖3，觀察取芯位置發(fā)現(xiàn)裂縫已經(jīng)貫通，同時裂縫寬度下大上小，說明裂縫是從下往上發(fā)展的。

2 翼緣板專項試驗研究

為了進(jìn)一步分析該種裂縫產(chǎn)生的可能原因、發(fā)展規(guī)律及是否豎向全截面貫通，本次試驗針對第19跨T梁開展翼緣板專項試驗，測試內(nèi)容為試驗截面各控制測點應(yīng)變及19-2號T梁翼緣板底部裂縫開展情況，車輛加載位置見圖4。

2.1 應(yīng)變測點布置

應(yīng)變測點布置圖如圖5所示，在19-2號T梁翼緣板底面沿橫橋向布置6個應(yīng)變測點，翼緣板頂面布置4個應(yīng)變測點(鑿除橋面鋪裝，應(yīng)變片貼在T梁翼緣板頂面)。

2.2 檢測方法

考慮到現(xiàn)場裂縫觀測的安全性和可操作性，裂縫觀測選在19-1-6號橫隔板附近。試驗采用橋檢車配合加載車進(jìn)行試驗操作，具體操作如下：

1)橋檢車就位。待橋面變形穩(wěn)定，檢測人員下到橋底選擇裂縫較寬點進(jìn)行標(biāo)記，并記錄初始裂縫寬度。

2)加載車就位。全程保持對標(biāo)記裂縫的觀測，觀察裂縫寬度的變化情況，待讀數(shù)穩(wěn)定時記錄讀數(shù)。

3)加載車卸載。全程保持對標(biāo)記裂縫的觀測，觀察裂縫寬度的變化情況，待讀數(shù)穩(wěn)定時記錄讀數(shù)。

2.3 加載截面及裂縫觀測位置

加載截面及裂縫觀測位置圖見圖6，圖中加載線表示加載車的中軸。

2.4 裂縫開展?fàn)顩r規(guī)律

觀察裂縫變化發(fā)現(xiàn)：各工況下，加載就位過程中各測點的裂縫寬度值會不斷變化，整體變化趨勢是減??；當(dāng)荷載穩(wěn)定時，裂縫輕微閉合，裂縫寬度值減??；當(dāng)卸載穩(wěn)定后，裂縫重新張開，恢復(fù)到原來的大小。

裂縫寬度變化見表1。

表1 裂縫開展情況匯總表 mm

由上述現(xiàn)象可發(fā)現(xiàn)，在汽車荷載作用下，翼緣板與腹板的連接處裂縫寬度減小，作用的局部應(yīng)力為壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

2.5 應(yīng)變規(guī)律

應(yīng)變規(guī)律見表2。由表2可以看出，各工況荷載作用下，19-2號T梁的梁肋上方翼緣板頂部受拉，梁肋與翼緣板底部附近翼緣板受壓。

表2 測點應(yīng)變

3 有限元建模分析

為了進(jìn)一步探求在不同荷載下不同位置的翼緣板根部是否都呈受壓或者受拉狀態(tài)，現(xiàn)采用ANSYS通用軟件進(jìn)行建模分析，分別提取T梁翼緣板根部(左、右側(cè))應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實體模型完全按照T梁實際尺寸建模，其橫向聯(lián)系與實際情況一致。

以第19跨橋梁為依托建立實體模型，混凝土采用Solid95單元模擬，荷載采用車輛荷載(重約425 kN)，具體布置形式如圖7所示。

加載車作用在不同加載位置，不同位置翼緣板根部的橫向應(yīng)力，部分為壓應(yīng)力，部分為拉應(yīng)力，但其拉應(yīng)力最大值均小于C40混凝土的抗拉強(qiáng)度(1.65×1.3=2.15 MPa，1.3為混凝土塑性增大系數(shù))，說明在設(shè)計荷載作用下T梁翼緣板根部拉應(yīng)力未超過設(shè)計抗拉強(qiáng)度，不會出現(xiàn)裂縫，但在超重車輛荷載，且具有一定偏心的情況下，翼緣板根部可能會開裂。具體應(yīng)力值與翼緣板位置關(guān)系圖見圖8。

4 結(jié)語

結(jié)合外觀檢查和翼緣板專項試驗可得到以下結(jié)論：

1)汽車荷載作用下，19-2號T梁梁肋頂部橋面鋪裝受拉，且由于保護(hù)層太厚、鋼筋網(wǎng)位于鋪裝層最底處，導(dǎo)致橋面鋪裝混凝土開裂，形成貫通全跨的縱向貫通裂縫。

2)T梁梁肋與翼緣板底部結(jié)合處裂縫發(fā)展貫通保護(hù)層。在車輛荷載作用下，T梁梁肋與翼緣板底部結(jié)合處受壓，裂縫寬度減小，結(jié)構(gòu)屬于彈性階段。

3)ANSYS有限元結(jié)果表明，在設(shè)計荷載作用下T梁翼緣板根部拉應(yīng)力未超過設(shè)計抗拉強(qiáng)度，不會出現(xiàn)裂縫，但在超重車輛荷載，且具有一定偏心的情況下，翼緣板根部會開裂。

因此，該處裂縫不是橋面鋪裝層縱向裂縫貫通下來，非結(jié)構(gòu)正常荷載作用下產(chǎn)生的，對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響。

[1] 黃德強(qiáng).橋梁大體積混凝土裂縫控制與防止措施[J].山西建筑,2009,35(1)：162-163.

[2] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[3] 趙國藩.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制[M].北京：海洋出版社，1999.

[4] 唐運交.混凝土工程早期裂縫問題探析[J].株洲工學(xué)院學(xué)報，2001,15(3)：57-58.

Special research on flange plate cracks of Langqi bridge

Xie Zhichao

(FuzhouBureauofHighway,Fuzhou350002,China)

The paper carries out common vertical cracking appearance examination of Langqi bridge T-bam flange plate and corresponding bridge deck paving. Through in-situ test and finite element analysis, it explores the cracking causes, and points out that: the cracks have no impact upon the bridge safety with the designed load scope.

flange plate, brick deck paving, crack, finite element analysis

1009-6825(2016)18-0158-03

2016-04-15

謝智潮(1981- )，男，工程師

U445.71

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