预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝探究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝探究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】预应力混凝土连续箱梁桥抗扭刚度大、截面应力分配合理，特别是主梁挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适，是我国公路桥梁中较为常见的桥型。但随着此类桥梁的大量修建，其结构本身存在的缺陷和薄弱环节也暴露出来，其中最突出的一点就是腹板混凝土的开裂问题。这些裂缝的存在对结构的耐久性、安全性和正常使用产生了十分不利的影响。本文以某在建大桥的现场监控为例，对预定监测施工块在该块张拉与后续各块施工过程中对该试验腹板内的应力变化情况进行全程监测，以了解腹板的应力变化情况，试验成果为今后同类桥梁在施工过程中腹板开裂找出成因提供参考。

【关键词】预应力混凝土；连续箱梁；桥腹板裂缝

一、工程背景

某在建大桥为62m+110m+62m=234m 的预应力混凝土连续箱梁体系。设计荷载等级为公路-I 级。大桥主桥整体桥面宽为33.50m，分左右两幅（每幅宽为16.40m），每幅采用单箱单室截面，箱梁梁高按1.6 次抛物线设计。梁高从跨中3.0m 变化到主墩根部的6.0m，箱梁底板厚度从28cm按1.6 次抛物线变化根部的80cm；腹板除在0 号块及端部加厚外，其余部分采用45cm，60cm，75cm 三种厚度；顶板除0 号块及端部加厚外均为25cm。大桥箱梁采用三向预应力体系，其纵向预应力筋设置了顶板束、底板束和腹板束，纵向预应力采用OVM15-19 型锚局。在施工过程中相关人员检查发现该大桥主桥箱梁腹板上有裂缝出现，且四个T 构箱室腹板位置都有相似现象。裂缝最宽为0.31mm，最窄为0.04mm。这些裂缝出现位置大约与每个节段钢绞线下弯束轨线相近，且两个腹板对称出现，锚头位置基本没有。为了掌握在预应力张拉过程和后续各块施工对腹板内的应力变化情况，对大桥主桥腹板局部应力进行全程监测。

二、预应力监测

（一）预应力测试方案

根据大桥已施工梁段开裂规律，对未施工箱梁腹板可能开裂位置进行选点测试。在混凝土浇筑之前，在垂直波纹管方向添加防崩钢筋。先对已施工的右幅主1#墩6#块腹板箱内侧裂缝进行测量，发现前进方向6#块的低腹板箱内侧的裂缝最严重，故取其为参考对象，在其上选3 个点，记录其具置，对应作为未施工的左幅主1#墩前进方向6#块测试位置，在低腹板内选定的3 个位置上缘分别埋放1 个传感器，高腹板测试位置与低腹板对称，即在高腹板内选定的3 个位置下缘分别埋放1 个传感器，且传感器的方向都垂直于波纹管。

（二）预应力张拉对腹板内的应力变化测试

在进行预应力张拉时，腹板束筋张拉分5 级，顶板束筋一次张拉，竖向预应力筋张拉要等挂篮前移两块才进行，因此本次测试为不包括竖向预应力筋张拉的测试。在预应力钢束张拉过程中，需要不断地进行数据采集。在进行低腹板预应力筋张拉，张拉过程顺利。单纯考虑张拉预应力工况对测点的应力影响，从相关的调查结果中可以看出，随着张拉的不断进行，位于低腹板测点的拉应力越来越大，即与预应力钢束垂直的方向，基本为线性增长。在进行高腹板张拉，但张拉至100%级时吨位满足而伸长量不够，后经进行补拉，最后经测量计算得到其应力变化分布图。

本块预应力张拉过程对腹板内的应力变化测试结论：

（1）随着预应力束的张拉应力不断增强，测点应力也相应增大，并且在施工单位采用不对称张拉时，腹板测点应力表现出了明显的不对称性；

（2）从应力监测可以看出，在预应力张拉过程中，高、低腹板的最大拉应力位置都出现在预应力束弯起处附近；

（3）从相关的调查数据可知，6#块第二类预应力张拉对腹板产生的应力完全在规范允许之内；

（4）高低腹板的应力并没有完全一致，一方面可能是混凝土的离散性原因，另一方面可能是非对称称张拉也可能产生影响。

（5）由于本梁段的施工还没有完全结束，因此在后面梁段施工过程中，本梁段的竖向预应力束的张拉过程中，将继续进行应力检测；

（6）本部分的应力监测结果将进一步与理论分析之结果对应比较，以便找到最大拉应力区域及产生的相关原因。

三、重视设计

（一）合理布置桥跨跨径的比例

在总体设计桥梁时，要合理布置桥跨跨径的比例，拟定合适的箱梁截面尺寸。第一，在选用预应力混凝土连续梁桥的边跨与主跨比时，要根据实际情况来进行。如果边跨较长，那么其整体刚度就会偏小。在恒载和活载的作用下，现浇段往往会出现较大的主拉应力，这种情况容易导致混凝土开裂。在加载边跨的时候，会对中跨箱梁产生极为不利的影响。如果边跨与中跨这两者的比例较小，那么边跨支点可能会出现负反力，从而导致边墩与边跨的受力不均匀。第二，从出现裂缝的桥梁来看，有些是与箱梁所选用截面的尺寸安全储备不足有着一定的联系。换句话来说，在确定箱梁截面尺寸的时候，既要注意到梁高这个因素，还要注意优化腹板尺寸。

（二）优化纵向预应力方案，加强预应力储备

从相关的调查结果中可以看出，出现腹板斜裂缝的预应力混凝土连续箱梁往往在纵向预应力钢束布置的时候偏重于施工方便的要求，从而忽视了对腹板下弯束和边跨现浇筑梁端部一定范围内腹板弯起束的有效利用问题。经过实践证明：在选用直线束布置方案的时候，有必要在靠近箱梁支点附件的节段内，在腹板内布置部分下弯束，并且在边跨现浇段端部腹板内要布置部分下弯束。在设计的时候，要通过合理布置纵向预应力钢束来达到改善箱梁整体的受力状态的目的。此外，要在边跨箱梁端部将腹板的箍筋适当加密，适当放大直径，这些措施可以有效的克服腹板的斜裂缝。

（三）优化用于计算预应力损失的计算方法

由于预应力损失的计算不准确，因此会造成箱梁开裂。尤其是在计算竖向预应力、横向预应力的时候，到现在为止，不管是新的规范还是其他学术刊物中都没有明确规定一种计算方法。再加上，箱梁腹板的竖向预应力钢筋长度较短，钢筋伸长量较小，在施工的时候如果发生了少量的压缩变形，这会产生较大的预应力损失，并且在锚固系统和施工操作上会产生一系列问题，最终无法保证设计所要求的预应力度。正是由于设计上的不完善、施工中的缺陷，这就会给竖向预应力产生较大的损失，还会导致箱梁腹板产生裂缝。

（四）重视温度应力

从相关的调查数据中可以发现，桥面局部升温或者降温都会在结构中引起较大的内力变化，尽管这部分内力并不是永久的，但是却无法避免这些内力。如果考虑的不得当，温度应力会导致支点附近、跨中截面产生裂缝。虽然这些裂缝并不会影响到结构的正常使用，但是在设计的时候要重视这些裂缝。除了对这些截面进行必要的应力验算之外，还要采取相关的构造措施，比如：在验算截面附近布置一定量的非预应力钢筋，确保温度应力分布均匀，防止温度应力裂缝的产生。

四、总结

从6#块开始未施工的各腹板都增加了防崩钢筋，并且从各测点的应力数据和现场后续施工的各块都没发现裂缝，说明对腹板添加防崩钢筋改善了腹板的应力分布，有效抑制裂缝的出现，所以建议设计单位在设计时在腹板内设置与波纹管垂直的防崩钢筋，以增加腹板内的箍筋，改善腹板的应力分布，提高腹板的承载力，避免裂缝的出现。

参考文献

[1]胡华彪.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝机理分析与防治[J].黑龙江交通科技，2013，（8）：132-132，134.

[2]邓昌宁，马俊，张雪等.悬浇施工预应力混凝土连续箱梁裂缝类病害试验研究[J].北方交通，2013，（3）：47-51.

[3]邓昌宁.在役预应力混凝土连续箱梁长期性能监测技术研究[J].北方交通，2013，（11）：38-41.

[4]缪国平，乔明.预应力混凝土连续箱梁局部应力分析[J].交通世界（建养机械），2014，（10）：104-105.