PC箱梁横隔板裂缝成因分析

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摘要：箱梁横隔板受力复杂，裂缝出现较多，以一大桥为实例，对局部应力进行数值模型分析，找出箱梁横隔板局部应力分布的特点，结合工程实际，分析裂缝产生的原因，提出了从设计配筋方面到施工工艺方面的控制方法，为有效控制箱梁横隔板裂缝的产生提供依据。

关键词：箱梁；横隔板；裂缝；数值分析；成因；局部应力；收缩变形

Abstract: the box girder partition complex loading, cracks appear more, to a bridge as an example, the numerical model of local stress analysis, find out the box girder partition the characteristics of the local stress distribution, combined with the engineering practice, this paper analyzes the causes of cracks, and puts forward the design reinforcement from aspects of the construction techniques to control method, for effective control of the box girder horizontal clapboard the cracks of provides the basis.

Keywords: box girder; Horizontal clapboard; Crack; Numerical analysis; Cause; Local stress; Contraction deformation

中图分类号：TK263.2文献标识码：A文章编号：

桥梁是最重要的交通设施之一，随着我国经济的高速增长，快速发展的交通事业急需跨跃众多的大江大河，要求建设承载能力更大，跨度更大的桥，桥梁工程技术的进步和成熟使得建设工程难度更大的桥，特别是大跨径桥梁成为现实。箱形截面梁以其抗扭刚度大、能有效地抵挡弯矩的作用、相对实心梁来讲又质量轻等优点，在大跨度桥梁中得到广泛的应用[1,5]。箱形梁桥不但要承担对称作用的恒载，还要承担非对称作用的活载，尤其是在非对称荷载的作用下，箱形梁将产生扭转、弯曲、畸变和横向挠曲四种基本变形状态[2,3,4]，随着桥梁跨度的增大，桥梁恒荷载作用的比重也就越大，活载的作用居其次，但是这种影响也是不能忽略的。为了减少箱梁中的畸变应力和横向挠曲的不利影响，一般采用在箱形梁内没置横隔板的方法，增加箱梁的刚度，改善箱梁的受力性能[2]。由于横隔板的受力复杂[7]，且在横隔板的中间一般设有开孔人洞，在工程实际中发现箱梁横隔板出现裂缝的情况比较多，本文以一单箱四室斜拉桥为实例，对箱梁横隔板的裂缝进行分析。

1工程背景：

某斜拉桥设计等级为四车道一级公路桥梁，设计行车速度60km/h，地震基本烈度为6度，全长888m，主跨为48m×2+50m+580m+50m+48m×2七跨连续半漂浮混合式斜拉桥，桥梁全宽27.6m，净宽22.6m，边跨为混凝土箱梁，中跨为扁平流线型钢箱梁，混凝土箱梁采用等截面单箱四室结构，设计要求采用落地满堂支架逐跨现浇施工方法施工，Ｃ50混凝土，梁高2.8m，顶板厚度37cm，底板厚度30 cm，腹板宽度50 cm，箱梁内每隔6m设一道厚度为40 cm的横隔板。从桥梁定期检查的结果看来，箱梁横隔板裂缝呈现一定的规律性，裂缝主要为分布在人孔两相对角部位的斜向裂缝、平行于箱梁底板的横隔板底部的水平裂缝、横隔板顶部的竖向裂缝和横隔板边缘倒角处裂缝，裂缝位置如图1所示：

图１半幅箱梁裂缝位置示意图

Figure 1 semi-box girder crack location diagram

2箱梁局部应力数值分析

2.1模型概要

本桥抽取中部５个箱梁节段，3个隔隔板，采用大型商业数值分析软件ansys进行建模，每个节段长6m，总长30 m。模型做如下简化：1、普通钢筋用等代弹性模量考虑；2、不考虑齿板对结构的影响；3、不考虑材料的收缩徐变对结构的影响；４、不考虑温度场对结构的影响；5、截取1米长的斜拉索建模。所建模型如图2所示，材料特性见表1。

表1材料特性表

图2实体模型图图3网格划分后的横隔板

Figure 2 entity model diagram Figure 3 meshing of the diaphragm

2.2单元

该大桥所用实体单元有限元程序模型中，混凝土单元选用Solid45单元, Solid45单元是8节点三维结构实体单元，它的每个节点具有沿xyz共3个方向的平动自由度，Solid45单元有塑性、蠕变、膨胀和应力强化、大变形和大应变能力，常用于模拟混凝土单元。斜拉索采用Link8单元，此单元为三维杆件单元，受力状态仅为单轴拉压状态，通常用于弹簧、桁架和杆件上。在建ANSYS模型中，斜拉索与混凝土采用约束方程法来约束形成整体模型，即分别建立斜拉索模型和混凝土模型，然后通过约束方程法来实现两模型的组合。网格划分采用自由网格四面体单元来进行划分，划分网格后的横隔板如图3所示。

2.3荷载

荷载分两种工况进行加载[6]，工况1为四车道按满布对称活荷载+重力荷载进行加载，工况2按单侧非对称活荷载+重力荷载进行加载，活荷载加载的位置分别距桥梁纵向中心线2.75m、6.25m，按纵向均布荷载进行加载。两工况作用下横隔板的主拉应力云图如图4、图5所示：

图4工况1主拉应力云图图5工况2主拉应力云图

Figure 4Case 1 the principal tensileFigure 5Case 2 the principal tensile

 stress cloud stress cloud 

2.4数值分析结果

从数值分析的计算结果看来，横隔板不管是在对称活荷载的作用下，还是在非对称活荷载的作用下，都会在人洞的角部产生应力集中现象，人洞的四个角一般以两个对角为拉力集中，两个对角为压力集中，在对称活荷载作用下产生的应力集中程度明显小于在非对称活荷载作用下的应力集中程度，在四个人洞中，不管是对称活荷载作用下还是在非对称活荷载作用下，外侧的两个人洞的应力集中程度都大于内侧两个人洞的应力集中程度。

3横隔板裂缝成因分析

根据上述的横隔板局部应力分析，人洞处的对角容易产生从角部向远端发散的斜向裂缝，应力分析能够很好的解释①号、②号裂缝产生的原因，①号、②号裂缝也多发生在箱梁外侧两个箱室的人洞角部位，内侧两箱室的人洞角部位很少产生此种裂缝，工程实际情况与理论模型分析是完全吻合的。③、④、⑤号裂缝不能通过局部应力分析的方法对此作出解释，但在调查施工期间的施工纪录后发现，由于一次性浇注的混凝土方量较大，施工时采用的先浇注底板，后浇注腹板，最后浇注横隔板、顶板的顺序进行施工，先期浇注的混凝土会对后期浇注的顶板混凝土产生较大约束，浇注时间间隔越长，不均匀收缩所产生的应力越大，从而导致的导致横隔板③、④、⑤号裂缝的出现。