姜涌， 龐晰中， 孫元軍， 劉哲， 陳俐光， 趙理祥， 朱萬旭

(1.中國建筑一局(集團(tuán))有限公司， 北京 100161；2.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004)

橋梁施工過程中，由于多種原因?qū)е轮髁洪_裂，將給橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度帶來不同程度的損害，縮短橋梁壽命。防治翼板開裂是現(xiàn)場施工澆筑時(shí)容易忽視但又必須重視的問題。丁福東對天華鐵路東莊南川河特大橋翼緣板底部出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析，認(rèn)為砼快速收縮是產(chǎn)生裂縫的主要原因；吳銜對某鋼筋砼簡支梁橋翼緣底部裂縫進(jìn)行分析，認(rèn)為溫度及砼收縮是翼板出現(xiàn)橫向裂縫的主要原因；張科勝對大榭大橋施工階段翼板底部裂縫進(jìn)行分析，認(rèn)為翼板出現(xiàn)橫向裂縫的主要原因是頂、底板兩次砼澆筑間隔時(shí)間較長。目前，中國對翼板裂縫成因的分析主要針對懸臂翼緣長度為4 m以下的主梁，而對翼緣長度為4 m以上的箱梁長懸臂翼緣板裂縫成因分析較少。該文結(jié)合某矮塔斜拉橋，針對長懸臂翼緣板在施工中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析并提出應(yīng)對措施，為該類橋梁裂縫防治提供依據(jù)。

1 施工概況及裂縫分布

某矮塔斜拉橋全長1 081 m，主橋?yàn)?120+2×210+120) m，采用整幅式斜腹板單箱三室截面，主梁為預(yù)應(yīng)力砼變截面箱梁，采用C60砼，兩側(cè)采用2%雙向橫坡。主橋采用掛籃懸臂施工，一個(gè)T構(gòu)矮塔單側(cè)共分為24個(gè)節(jié)段，1#～8#節(jié)段為無索區(qū)，1#～24#節(jié)段長劃分為(2×3.5+22×4.0) m。主梁0#節(jié)段采用臨時(shí)支架澆筑，1#～24#節(jié)段通過掛籃對稱懸臂澆筑。0#～6#截面中室頂板厚度為100～70 cm，其余截面為70 cm,頂面另設(shè)30 cm厚凸起構(gòu)造；0#～6#截面邊室頂板厚度為55～28 cm，其余截面為28 cm。底板寬1 600～1 905.8 cm，底板厚由30 cm按照1.8次拋物線變化至100 cm。箱梁懸臂長8.25 m，板端部厚20 cm，根部厚50 cm，板厚為線性變化。懸臂翼緣支撐在40 cm厚橫肋上，端部設(shè)70 cm高小縱梁。跨中箱梁梁高3.8 m，梁高由3.8 m按1.8次拋物線變化至支座處節(jié)段7 m高。

受施工因素影響，3#、#4節(jié)段的施工間隔達(dá)15 d。施工中發(fā)現(xiàn)節(jié)線處的翼緣底部出現(xiàn)斜裂縫，主要集中在自由端附近，從上一節(jié)段向下一節(jié)段延伸；無漏水現(xiàn)象，裂縫無貫通。裂縫分布見圖1。

圖1 主梁翼緣裂縫分布

2 裂縫產(chǎn)生原因分析

從裂縫形態(tài)和分布情況來看，節(jié)段間橫向剪切作用是引起砼開裂的主要原因。而節(jié)段間橫向剪切作用主要來源于節(jié)段間砼的橫向收縮差異和橫向預(yù)應(yīng)力筋引起的翼板橫向壓縮差異。

2.1 節(jié)段間砼的橫向收縮差異

砼的收縮與齡期有密切關(guān)系。施工過程中，由于相鄰節(jié)段的澆筑時(shí)間間隔較長，后澆節(jié)段開始收縮時(shí)，先澆節(jié)段已完成部分收縮，在節(jié)段間產(chǎn)生較大收縮差異。而且主梁采用長懸臂翼緣板，翼板沿橫向收縮增大。凝結(jié)初期砼收縮發(fā)展很快，2周可達(dá)到全部收縮量的25%，1個(gè)月達(dá)到50%。因此，在后澆節(jié)段澆筑完成后，其砼收縮快于先澆節(jié)段，使后澆節(jié)段在收縮時(shí)受到先澆節(jié)段的約束，在節(jié)線處產(chǎn)生切應(yīng)力。

2.2 橫向預(yù)應(yīng)力筋引起的翼板橫向壓縮差異

為滿足箱梁頂板的強(qiáng)度、剛度和抗裂要求，在箱梁頂板布置間距為40 cm的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，采用4φs15.2鋼絞線。砼強(qiáng)度達(dá)到90%且期齡不小于7 d時(shí)，對橫向預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，此時(shí)后澆節(jié)段砼還在收縮階段，后澆節(jié)段橫向預(yù)應(yīng)力筋的張拉增大了節(jié)段間砼收縮的差距。節(jié)段間砼的收縮與橫向預(yù)應(yīng)力筋引起翼板的橫向壓縮都會(huì)形成兩節(jié)段間的橫向剪切作用，且兩者作用的方向一致，從而使節(jié)段間翼板砼剪切作用增大。

3 有限元分析

采用有限元軟件ANSYS14.0 建立翼板三維有限元實(shí)體模型，模型采用Solid65單元，共25 620個(gè)節(jié)點(diǎn)、19 328個(gè)單元(見圖2)。

圖2 翼板有限元模型

3.1 砼收縮差異的影響

該階段主要是砼的收縮過程?？紤]到節(jié)段間施工間隔時(shí)間較長，將先后節(jié)段設(shè)置成不同的熱膨脹系數(shù)。利用同一溫度下不同熱膨脹系數(shù)的砼收縮量不同，模擬節(jié)段間砼的橫向收縮差異。砼收縮差異影響下節(jié)線處主拉應(yīng)力見圖3。

由圖3可知：在節(jié)線處產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，在后澆節(jié)段靠近自由端附近產(chǎn)生最大拉應(yīng)力3.63 MPa，該數(shù)值已大于C60砼抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.85 MPa，導(dǎo)致翼緣開裂。

圖3 節(jié)段間砼收縮差異影響下主拉應(yīng)力云圖(單位：MPa)

3.2 橫向預(yù)應(yīng)力的影響

對該階段模型進(jìn)行分析時(shí)，忽略砼收縮效應(yīng)對裂縫的影響。橫向預(yù)應(yīng)力影響下節(jié)線處主拉應(yīng)力見圖4。

圖4 橫向預(yù)應(yīng)力引起壓縮差異時(shí)的主拉應(yīng)力云圖(單位：MPa)

由圖4可知：在后澆節(jié)段自由端附近的應(yīng)力較集中，產(chǎn)生0.6 MPa的最大拉應(yīng)力。其作用效果與砼收縮差異一致，兩者對翼緣砼產(chǎn)生的疊加效應(yīng)最終導(dǎo)致砼開裂。

4 裂縫控制措施

根據(jù)以上分析，要想在施工過程中控制箱梁懸臂翼板開裂，需采取措施減小節(jié)段間翼緣的橫向變形差異。可采取以下措施：

(1) 嚴(yán)格控制相鄰節(jié)段的齡期差。控制節(jié)段間砼澆筑時(shí)間間隔，能減少相鄰節(jié)段間不同齡期砼收縮差異。如果施工工期延誤導(dǎo)致相鄰節(jié)段間齡期相差過大，需采取必要措施，防止節(jié)段間砼收縮差異而導(dǎo)致開裂。

(2) 分批張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋，優(yōu)化橫向預(yù)應(yīng)力筋張拉順序。同時(shí)張拉相鄰節(jié)段的部分橫向預(yù)應(yīng)力筋，使橫向預(yù)應(yīng)力筋的張拉滯后完成，減小橫向預(yù)應(yīng)力對節(jié)段間砼的壓縮差異。

(3) 加強(qiáng)施工階段砼養(yǎng)護(hù)，做好保濕、保溫措施。主梁采用長懸臂翼緣板，翼板構(gòu)件的理論厚度較小，與大氣接觸的周邊長度大，導(dǎo)致砼收縮增大。保證良好的養(yǎng)護(hù)措施，能延緩后澆節(jié)段的收縮，從而減小節(jié)段間砼的收縮差異。

控制節(jié)段間的齡期差是重要也是首要的控制措施。為提高施工質(zhì)量，且不影響施工進(jìn)度，該橋后續(xù)施工中采取嚴(yán)格控制齡期差和加強(qiáng)砼養(yǎng)護(hù)的措施，消除了主梁翼緣板的裂縫，取得了良好控制效果。

5 結(jié)論

主梁采用長懸臂翼緣板，翼緣砼的收縮會(huì)偏大，若施工不當(dāng)，將增大節(jié)段間砼收縮差異，導(dǎo)致砼開裂。相比于砼收縮對翼緣橫向剪切作用的影響，橫向預(yù)應(yīng)力筋引起的翼板橫向壓縮差異不明顯，但兩者的疊加效應(yīng)會(huì)增大翼緣橫向剪切作用，導(dǎo)致翼緣開裂。施工過程中采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，能有效預(yù)防該類裂縫的產(chǎn)生。