摘要 預應力混凝土T梁豎向開裂原因較為復雜，和T梁開裂時間、有效預應力大小及對橋梁承載能力影響等有關。該文通過對石鎖高速公路K103+069右幅橋梁2-3#梁進行外觀檢測、裂縫發(fā)展趨勢分析、結構幾何形態(tài)參數(shù)測量、鋼絞線有效預應力檢測及成橋橋梁荷載試驗分析，得出T梁有效預應力不足為T梁腹板豎向開裂的主要原因，預應力不足將進一步導致T梁下?lián)?，腹板開裂，同時腹板豎向裂縫對橋梁承載能力有一定影響。為保證橋梁耐久性及承載能力滿足設計要求，需要對開裂裂縫進行封閉處治后再對開裂梁板進行體外預應力加固補強。

關鍵詞 T梁；豎向裂縫；有效預應力；結構加固

中圖分類號 U446.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0089-03

0 引言

預應力混凝土T梁豎向開裂原因較為復雜，諸多學者對其進行過相應研究。其中，許鵬等[1]研究比較實測有效預應力和理論有效預應力差值，分析了預應力損失對橋梁結構產(chǎn)生的不利影響，最后針對預應力損失量按結構的3種設計狀態(tài)，計算找出體外預應力加固補強值，并對加固方法進行比較，選擇合理處治方案。張國輝等[2]以標準跨徑30 m預應力混凝土T梁的腹板豎向開裂病害為研究對象，分析了裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土T梁截面不均勻收縮、結構整體降溫、預應力損失和結構多余約束等不利因素的綜合作用。周靜雯[3]的研究結果表明：由于T梁各部位體表比不同，導致T梁截面產(chǎn)生不均勻收縮應力，腹板較薄，呈受拉狀態(tài)，而翼緣板與馬蹄呈受壓狀態(tài)，橋面鋪裝和普通鋼筋對截面不均勻收縮效應有顯著影響，該效應使T梁腹板內(nèi)產(chǎn)生較大拉應力，對T梁腹板開裂有重要的影響。旬小虎[4]通過荷載試驗有效檢測裂縫對結構受力的響應情況及橋梁的安全性。

該文以石鎖高速公路K103+069某3×30 m+4×30 m的先簡支后連續(xù)預應力混凝土連續(xù)T梁橋為例，通過對T梁裂縫開裂情況進行統(tǒng)計，對裂縫發(fā)展趨勢、結構幾何形態(tài)參數(shù)、鋼絞線有效預應力及荷載試驗等內(nèi)容進行檢測，提出T梁開裂原因及處治措施[5]。

1 工程概況

石鎖高速公路K103+069右幅橋梁為3×30 m+4×30 m的先簡支后連續(xù)預應力混凝土連續(xù)T梁橋，上部結構T梁按照預應力A類構件設計，橋梁于2012年完成交工檢測，交工檢測未發(fā)現(xiàn)梁板開裂，2014年竣工檢測發(fā)現(xiàn)2-3#T梁腹板出現(xiàn)8條對稱的豎向裂縫。

1.1 腹板開裂情況

2-3#T梁距B端8.9 m、10.4 m、12.3 m、13.9 m、14.5 m、17.4 m、19.4 m、22.1 m處，腹板兩側各有8條對稱豎向裂縫，部分裂縫向馬蹄斜面及側面延伸5～50 cm，長度L=146～218 cm，最大寬度δmax=0.18 mm。另外，距B端16.5 m處右側腹板有1條斜向裂縫，向馬蹄斜面及側面延伸33 cm，長度L=165 cm，最大寬度δmax=0.15 mm。裂縫詳細情況如表1所示。

1.2 檢測評估內(nèi)容

1.2.1 裂縫發(fā)展趨勢分析

對2012年交工驗收質(zhì)量檢測腹板裂縫開裂情況與2014年8月竣工驗收質(zhì)量檢測腹板裂縫開裂情況做比較，分析在兩年的試運營過程中，裂縫的發(fā)展趨勢及規(guī)律，為裂縫的成因分析提供依據(jù)。

1.2.2 結構幾何形態(tài)參數(shù)測量

在腹板開裂梁板2-3#梁的梁底粘貼反光片，采用全站儀測量梁底標高，通過實測梁底線形與設計線形比較，分析T梁實測反拱與設計反拱的差值，為開裂原因提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2.3 鋼絞線有效預應力檢測

采用現(xiàn)場恒載應力測定技術，測試2-3#梁實測有效預應力，為裂縫開裂原因提供參考，同時為后期梁板處治提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2.4 荷載試驗檢測

該工程選取了K103+069橋右幅第一聯(lián)的上部結構進行荷載試驗，通過荷載試驗，判斷開裂裂縫對橋梁承載能力的影響。

2 預應力混凝土腹板開裂T梁檢測評估結果

2.1 裂縫發(fā)展趨勢檢測分析結果

T梁裂縫的成因是多種因素綜合作用下的結果，T梁裂縫的存在會對截面的剛度產(chǎn)生一定影響，且會降低結構的耐久性。但尤須關注的是裂縫是否處于發(fā)展階段，若裂縫處于發(fā)展階段，不加以處治則會導致橫截面有效面積減少，裂縫區(qū)域混凝土不參與抗拉、抗剪，影響承載能力，在車輛荷載等作用下裂縫加劇發(fā)展，底面貫通后造成截面中心軸上移，結構承載能力進一步減小，循環(huán)往復，將存在嚴重安全隱患。裂縫開裂時間如表2所示。

通過比較2012年及2014年檢測結果可知：2-3#梁腹板的8條豎向對稱裂縫均產(chǎn)生于兩年試運營通車過程中。

2.2 T梁幾何形態(tài)參數(shù)測定結果

預應力混凝土T梁在預應力、混凝土收縮徐變、二期恒載等因素作用下，T梁仍具有一定上撓的反拱值。實踐經(jīng)驗證明，實測反拱值小于理論反拱值，但實測值正常應為上撓，而非下?lián)?。實測梁底線形處于上拱/下?lián)蠣顩r能基本反映T梁張拉預應力是否滿足設計要求的情況，也能進一步佐證梁體有無結構性裂縫或結構性裂縫嚴重與否。

2-3#T梁腹板豎向開裂，實測T梁下?lián)?，與設計的理論值不一致，表明預應力張拉不足。

2.3 鋼絞線有效預應力檢測結果

在K103+069（右幅）橋上選擇兩個測點進行鋼絞線預應力檢測，預應力筋應力檢測結果匯總于表3。其中理論計算初始張拉應力根據(jù)設計取為1 395 MPa，且考慮成橋后2年的徐變效應對預應力損失的影響。

K103+069（右幅）橋有效預應力檢測結果見表3，由表3可知：抽檢的1片T梁中所測鋼絞線恒載有效預應力實測值均不滿足原設計值，梁底拉應力超限，梁體也發(fā)現(xiàn)了結構性裂縫，且裂縫條數(shù)較多，長度較長，寬度超限。

3 橋梁荷載試驗結果

3.1 靜載試驗結果

（1）結構剛度

試驗荷載作用下，各控制截面大多數(shù)測點的實測撓度值小于計算值，撓度校驗系數(shù)介于0.62～1.09之間，處于《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（YC4—4/1978）規(guī)定的常值范圍（0.60～1.10），但和同類橋形相比，撓度校驗系數(shù)較同類橋形偏大。第1跨最大實測撓度增量為1.98 mm，為第1跨計算跨徑的1/10 000，第2跨最大實測撓度增量為1.76 mm，為第2跨計算跨徑的9/100 000，各加載工況卸載后，大多數(shù)控制測點的實測相對殘余變形小于檢測規(guī)范限值（20%），個別的最大實測相對殘余變形超過規(guī)范限制，最大實測相對殘余變形為20.47%。

靜載試驗結果表明，試驗橋跨結構剛度基本滿足設計要求，但和同類橋形相比，校驗系數(shù)略微偏大，說明腹板豎向裂縫對橋梁承載能力有一定影響。

（2）結構強度

試驗荷載作用下，控制截面的實測應力總體正常，應力校驗系數(shù)處于0.42～1.07之間，和《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（YC4—4/1978）規(guī)定的常值范圍（0.60～1.10）接近，但和同類橋形相比，應力校驗系數(shù)較同類橋形偏大。最大實測混凝土拉應力增量為4.55 MPa。

上述截面的結構受力基本正常，結構強度基本滿足設計荷載要求，但和同類橋形相比，應變校驗系數(shù)略微偏大，說明腹板豎向裂縫對橋梁承載能力有一定影響。

3.2 動載試驗結果

（1）自振特性理論計算及實測結果

采用有限元模型計算結構自振特性，橋跨結構前三階豎向彎曲理論頻率分別為3.8 Hz、5.0 Hz和7.2 Hz。通過對脈動信號的頻譜分析得到結構的實測自振頻率，實測前三階自振頻率分別為4.7 Hz、5.5 Hz和7.2 Hz。

橋跨結構的實測頻率均略高于理論計算頻率，橋梁的剛度基本滿足設計要求。

（2）行車動力響應

在橋面無障礙情況下，采用1臺載重車居中勻速通過橋梁，車速為30 km/h、40 km/h、50 km/h。

單車30 km/h、40 km/h、50 km/h行車試驗下，中跨跨中截面的實測應變增大系數(shù)為1.14，較設計規(guī)范取值（1＋μ＝1.26）偏小，行車動力響應正常。

4 T梁評估結論與原因分析

4.1 檢測評估結論

（1）裂縫發(fā)展趨勢分析表明：腹板存在的豎向裂縫為通車兩年試運營過程中產(chǎn)生。

（2）由T梁梁底線形結果分析可知：實測T梁下?lián)吓cT梁腹板豎向開裂具有一致性。

（3）有效預應力檢測結果表明：存在腹板豎向裂縫的T梁預應力有較大損失，不滿足A類構件設計要求，梁底拉應力超過規(guī)范限值，K103+069（右幅）的2-3#梁與設計理論值相比偏小33.53%。

（4）橋梁荷載試驗結果表明：石林至鎖龍寺高速公路K103+069右幅橋試驗橋跨結構承載力基本滿足設計荷載的要求，但和同類橋形相比，腹板豎向裂縫對承載能力有一定影響。

4.2 裂縫成因分析

結合病害橋梁的裂縫形態(tài)、分布、T梁梁底下?lián)?、鋼絞線有效預應力測試及橋梁荷載試驗結果，分析梁體裂縫主要成因如下：

抽檢T梁鋼絞線恒載有效預應力實測值小于A類構件限值，K103+069（右幅）的2-3#梁與設計理論值相比偏小33.53%，梁底拉應力超限，在運營荷載作用下梁體開裂。

4.3 T梁裂縫處治措施

（1）從荷載試驗的結果看，裂縫對預應力結構的承載能力有一定影響，同時梁體出現(xiàn)裂縫已經(jīng)不能滿足A類預應力構件的要求，且部分裂縫長且寬。從耐久性角度出發(fā)，需要對梁體裂縫進行處理：裂縫寬度lt;0.15 mm，采用環(huán)氧樹脂膠泥進行封閉；裂縫寬度≥0.15 mm，采用低壓注射環(huán)氧樹脂膠進行修補，并對處治后的裂縫加強觀測。

（2）從裂縫開裂時間、梁底線形及有效預應力檢測結果來看，預應力混凝土T梁有效預應力損失較大，故對腹板開裂的梁體采取體外預應力進行加固補強，抑制裂縫的進一步發(fā)展，提高結構的承載力及抗裂能力，使梁體保持在A類構件的設計水平。

5 結論

預應力混凝土T梁腹板豎向開裂原因和T梁開裂時間、裂縫發(fā)展趨勢及鋼絞線實測有效預應力值等有關，其主要原因為實測T梁有效預應力不足，進而導致T梁下?lián)希拱彘_裂，同時腹板豎向裂縫對橋梁承載能力有一定影響。為保證橋梁耐久性及承載能力滿足設計要求，需要對開裂裂縫進行封閉處治后再對開裂梁板進行體外預應力加固補強。

參考文獻

[1]許鵬，黃木林，代攀，等. 基于T梁實測預應力損失的體外預應力加固 [J].公路交通科技（應用技術版）， 2018" （10）： 265-267.

[2]張國輝，李大茂，謝峻，等. 預應力混凝土T梁橋腹板豎向裂縫成因分析與處治 [J].公路交通科技（應用技術版）， 2017" （1）： 12-14.

[3]周靜雯，何舒法，王龍，等. 截面不均勻收縮對T梁腹板受力性能影響分析 [J].中外公路， 2021" （5）： 169-172.

[4]荀小虎. 橋梁工程中混凝土裂縫控制與防止措施研究 [J]. 成都工業(yè)學院學報， 2020 （1）： 53-58.

[5]符德省. 預應力混凝土連續(xù)T形梁腹板豎向裂縫的特征及成因分析 [J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2016（3）： 239-242.

收稿日期：2024-01-09

作者簡介：許鵬（1988—），男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：橋梁檢測、施工監(jiān)控及加固設計。

基金項目：云南省交通運輸廳科技項目“基于微孔應力釋放法的 PC 橋梁鋼束有效預應力檢測技術研究”[云交科教便（2020）91]。