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预应力混凝土连续刚构梁腹板裂缝的成因分析及预防措施

[日期:2009-10-26] 浏览量:2340 来源:www.cr20g2.com 作者:董礼

 

摘要:从混凝土材料性质、配筋影响、温度应力和施工质量4方面分析了预应力混凝土连续刚构梁腹板裂缝的成因,并从设计、施工及运营等方面提出了防止腹板裂缝产生的预防措施。

关键词:连续刚构梁;腹板裂缝;成因;预防措施

1 引言

预应力混凝土连续梁桥具有跨越能力突出、外观简洁优美以及良好的使用性能,在桥梁建设中得到越来越广泛的应用,而连续刚构以其跨越能力大、结构简单、受力合理、工程造价低等优势被广泛运用于公路、城市桥梁。然而随着连续刚构桥数量的增加及运营时间的增长,工程病害也随之而来,主要表现有:箱梁腹板出现约45°不同程度的斜裂缝。

混凝土构件裂缝问题是个比较复杂的问题,它涉及到混凝土的材料性质、构造特点及施工环境、外力等各方面的问题。

2 腹板裂缝成因分析

2.1混凝土材料性质

混凝土的徐变可能造成构件开裂。长时间受力作用下,混凝土徐变逐渐增加。较大的徐变给结构带来的附加被动内力,使箱梁构件弯矩产生重分布,增大的弯矩增加了腹板的剪应力,因此造成了腹板裂缝出现。徐变对短周期分段悬臂浇注结构的作用显著,计算也较为复杂。悬臂施工桥梁与支架浇注施工桥梁不同,其相当一部分静力荷载与竣工后结构的承荷态势并不相适应,结构转换为连续后,要承受结构内新出现的应力条件。致使预应力混凝土构件的计算应力和挠度与实际往往有较大的出入,不能予以忽视。

2.2配筋的影响

2.2.1预应力钢筋的应力松弛

预应力混凝土构件的一大缺点是,随着服务时间增长,构件内预应力钢筋束的松弛效应也愈加明显。现代施工中,一般使用低松弛钢绞线材料,规范张拉前、张拉中的操作工艺等,以减少预应力损失。但在大跨度梁预应力施加中,一般规范规定往往与具体情况难以十分吻合,长时间持荷受力加上徐变收缩的影响,预应力损失仍是可观的。较大的应力松弛增加了腹板的主拉应力,超过混凝土抗拉强度标准值后造成开裂。

2.2.2有效预应力难以建立

对于纵向预应力筋,目前比较流行的一种纵向配直线束的做法,与传统的按受力要求曲线配束不同。而剪应力需配置密排竖向预应力束来克服,但效果不大。这是由于竖向直线束太短,几乎建立不起有效的预应力来,建立值与设计值相差较大,难免会出现主拉应力方向的结构性裂缝。另外剪应力和主拉应力沿纵向是连续分布的,配直线束加密排竖向束组合,一定存在一段应力空白区。2

另外,在实际施工中,底板是由多个直线形浇注块连接而成,并经多次抛高、张拉等的形变调整,因此,连续预应力束管道相当不平顺,管道摩阻偏大,致使部分截面有效预应力不足。并且,不平顺的连续预应力管道也易造成预应力束的断丝滑丝现象。

预应力的不足降低了腹板的抗剪能力,容易产生腹板裂缝。

2.3温度应力

在预应力箱梁施工中,出现的裂缝主要是收缩裂缝,常见的原因是温度的影响。温度梯度的影响,一般通过假定温度梯度在整个桥梁上部结构纵向长度上恒定不变而计算的,但这与实际情况存在差异。对目前普遍采用的大跨度、变高度箱梁,随着梁高变化幅度的增大及箱梁长度和支撑处约束的增加,温度梯度应力会有较快的增长。温度梯度应力对腹板高度不大而变化又较明显的1/4跨附近的影响最为明显,该应力值在夏季可达4Mpa左右。3

 

另外,浇注混凝土时内部会产生温度应力。水泥在水化过程中会产生一定的水化热。特别是大体积混凝土,产生的大量水化热不容易散发,再加上使用保温性能极好的模板,其内部温度不断上升,最高可达60余度(夏季)。混凝土在浇筑过程中释放大量的热,使体积膨胀。另一方面,拆模时混凝土内部的温度还没有降低,而混凝土表面散热极快,表面温度急剧下降,腹板混凝土的收缩变形受到约束,从而在混凝土表面会产生收缩拉应力。而此时混凝土的抗拉强度较低,当混凝土的拉应力超过混凝土的抗拉强度时,便从混凝土表面开始产生微细裂缝。

2.4施工质量不良

(1)     预应力管道在施工放线过程中不够准确,导致预应力管道不够圆润、局部微段出现弯折的现象,造成预应力筋的实际位置与设计位置存在偏差,从而引起该处径向力的突变。此外,预应力管道的定位钢筋间距过大,容易造成预应力管道在混凝土浇注过程中发生弯沉和起伏;同时,有的定位钢筋由于焊接不牢而脱落,预应力管道在混凝土浇注过程中发生横向偏移,使得预应力筋的线形发生改变,引起径向力的变化。

(2)     由于腹板内预应力管道密集,在浇注腹板混凝土时容易造成局部地方特别是位于预应力管道下方的混凝土振捣不到位,出现漏振、欠振等现象,致使腹板混凝土不够密实,有蜂窝麻面甚至孔洞出现,削弱了腹板混凝土的整体强度。

(3)     由于混凝土施工和养护不力等原因,混凝土在规定的时间里没有达到张拉预应力筋所要求的强度,造成张拉时腹板混凝土抗拉强度不足。

3 腹板裂缝预防措施

根据上述裂缝成因分析的影响因素,分别采取针对性的控制措施,具体如下:

1)在施工中要注意水化热使混凝土产生的早期裂缝。桥梁管养部门密切监测裂缝宽度及其发展情况,重视支座及伸缩缝的养护工作及状态监测,降低温度应力。

2)在设计中要不断完善箱梁设计理论。若增大预应力钢束转折处的纵向间距,或者将相近的几条预应力钢束转折点的纵向间距拉大,都将减少有斜向预应力钢束处腹板的主拉应力,从而减小裂缝发生的可能性。在腹板内设置与预应力钢束垂直的弯起钢筋或斜筋,或增加有斜向预应力钢束腹板内的箍筋率,都可以改善应力情况,提高箱梁的承载力,避免产生裂缝。

3)严格控制施工工艺,特别是保证预应力束的张拉效果。在后张法时由于应力损失使的控制应力σcom 0.75fpk,要采取检测全部磨阻(管道、锚圈、锚具)和实测锚塞回缩造成的应力损失,对其进行超张拉并同步进行整束控制应力检测使得锁锚时达到设计张拉控制应力σcom =0.75fpk,最终达到有效预应力的建立。

4)在桥梁运营阶段要采取合理的方式减少后期的预应力松弛,保证结构的抗剪能力,防止斜裂缝的出现。

5)加强施工质量管理。浇注腹板混凝土时振捣一定要充分,特别是腹板内预应力管道较密集的地方更要做到不漏振、不欠振,保证混凝土浇注密实。严格按施工规范对混凝土进行养护,张拉时混凝土强度应符合规范及设计要求,避免在混凝土强度还没达到规定值时张拉预应力筋。

 

参考文献:

1】李海军,李军.连续梁桥预应力箱梁腹板裂缝成因浅析.华东公路,20003

2】陈猛.大跨径连续刚构桥腹板斜裂缝病害研究.交通标准化,20068

3】万国朝,黄邦本译.预应力混凝土析桥梁分段施工和设计.北京:人民交通出版牡,1984

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