连续箱梁裂缝的防治方法探讨
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摘要：预应力混凝土连续箱梁桥在近几十年来以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等一系列优势而发展迅速，在这一过程中，我国的预应力混凝土连续箱梁桥在设计、施工、运营以及养护管理等方面不到位而导致了一系列桥梁病害。桥梁病害中尤以箱梁腹板斜裂缝的产生和发展较为普遍，而且易影响桥梁的正常运营以致承载能力的破坏。因此，分析斜裂缝的产生机理和影响因素，进而为病害桥梁进行有效的维修加固务必引起足够的重视。
关键词：预应力；腹板斜裂缝；主拉应力
Abstract: the prestressed concrete continuous box girder bridge in recent decades with its structure stiffness big, smooth driving, less expansion joints and simple maintenance and so on a series of advantages and development is rapid, in this process, our prestressed concrete continuous box girder bridge in the design, construction, operation and maintenance management does not reach the designated position and led to a series of bridge diseases. Especially in the box girder bridge diseases in the redesign of the cracking of the development and the more common, and likely to affect the normal operation of the bridge that the destruction of the carrying capacity. Therefore, analysis the cracks of the mechanism and influencing factors, then for disease effectively repair bridge reinforcement be sure to cause enough attention.
Keywords: prestressed; Webs diagonal crack; Principal tensile stress
中图分类号：TU378文献标识码： A 文章编号：
一、预应力混凝土连续箱梁桥的发展
20世纪30年代，由于高强钢丝和高强水泥的使用，预应力混凝土结构最终以自重较轻、刚度大以及抗震、抗裂性能好等优点而独占鳌头，使预应力混凝土技术得到广泛的应用。我国第一座混凝土箱梁桥为山东济宁跃进桥，采用3跨变截面钢筋混凝土薄壁箱型结构。由于钢筋混凝土结构存在用钢多、自重大、易开裂等缺点，为此，为满足大跨径桥梁发展的需要，使用预应力混凝土是必由之路。此后随着我国国力迅速增长，交通事业的快速发展，尤其是20世纪90年代以来国家对高等级公路的大力投入，使得我国的桥梁事业得到了空前的发展。目前我国已建和在建的很大一部分桥梁为预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥，其中尤以预应力混凝土箱梁桥的发展和应用最引人注目。究其原因和它自身的优点是分不开的:(l)截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都有良好的稳定性;(2)顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效抵抗正负弯矩，并满足配筋要求，适应只有负弯矩的结构，如连续梁桥等;(3)适应现代化施工方法如悬臂施工法、顶推法等的要求。这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板;(4)承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，同时截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束，经济效果更加显著;(5)对于宽桥，由于抗扭刚度大，能够获得较为满意的荷载横向分布;(6)对于曲线桥，同样具有较强的适应性;(7)能很好的满足管线等公共设施的布设要求。
二、连续箱梁裂缝类型分析
1、腹板裂缝
腹板产生的裂缝主要有以下几种类型:l)腹板斜裂缝。由于主拉应力产生的腹板斜裂缝主要分布在L/4附近以及梁端。出现这种裂缝主要由于箱梁支座附近剪应力过大，腹板抗剪性能不足，以及主拉应力方向抗裂安全储备考虑不充分等因素造成。据统计，有77.3%的箱梁桥出现了L/4处的腹板斜裂缝，而有29.5%的箱梁桥出现了梁端的腹板斜裂缝。2)腹板水平裂缝。该类裂缝主要发生在边跨支座附近和中跨 L/4―3L/4之间，且均位于腹板上缘。对于现代大跨度混凝土箱梁桥，特别是横隔板较少的箱梁，在荷载作用下箱梁桥的变形并不完全符合经典梁理论周边刚性假定，会出现截面畸变变形，箱梁桥腹板必然会出现竖向正应力，从而导致箱梁腹板水平开裂。根据统计，有将近43.2%的桥梁出现了腹板水平裂缝。3)腹板竖向裂缝。腹板的竖向裂缝一般分布在跨中附近。表现为正截面强度不足，主要出现在钢筋混凝土构件或有效预应力不足的预应力混凝土构件中。一般来说，设计时对截面的正截面强度较为重视，这种裂缝的出现比较少，不过据统计，仍然有18.2%的预应力箱梁桥出现了腹板的竖向裂缝。
2、顶、底板裂缝
顶、底板的裂缝有纵向裂缝、横向裂缝和斜向的裂缝，其中顶板纵向裂缝是最主要的。据统计有90%以上的桥梁出现了顶板的纵向裂缝。虽然底板同样会出现上述三种裂缝，但裂缝出现的类型分布却有很大的不同。据统计，有48.4%的预应力混凝土箱梁桥底板出现了纵向裂缝，其大多分布在跨中附近底板厚度较薄的位置处。
除了上述主要的裂缝类型外，还有横隔板的不同形式的裂缝、锚下劈裂裂缝、沿纵向预应力束孔道的裂缝及层间裂缝以及齿板局部区域裂缝等。
1、腹板斜裂缝
一般认为箱梁桥虽然在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，处于复杂的空间受力状态，但分析其腹板受力状态时仍可以近似简化为平面应力状态。并且公路桥梁规范中关于腹板主拉应力的计算也基于此简化。因此，从理论上说，通过施加足够的纵向预应力和竖向预应力就可以达到腹板抗剪的目的。所以，目前对腹板斜裂缝的控制主要集中在纵向预应力束是否弯起、是否配置竖向预应力束以及增加腹板厚度上面。由于直束布置对腹板应力的控制基本靠竖向预应力，故其腹板束斜裂缝出现的比例较高。从统计数据来看，直束布置产生裂缝的箱梁所占比例要高于弯束布置形式箱梁20%左右，并且后者开裂的严重程度要远小于前者。从控制腹板斜裂缝角度说，弯起束要优于直束布筋。由于目前预应力束一般采用精扎螺纹钢，从大量的文献来看，其不能保证有效的永存竖向预加力。以至于设计人员开始对竖向预应力束的设置产生怀疑，并且从统计数据来看，在目前的竖向预应力筋和锚固体系下，竖向预应力钢筋并不能改变腹板裂缝的分布规律。即使设置了竖向预应力束，依然会在腹板产生了斜裂缝。综上所述，对腹板斜裂缝的产生的预防措施主要有:(l)保证有足够的斜截面强度。(2)箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大，将大大增加主拉应力。所以对于主拉应力的计算应该考虑空间受力，而不能像规范那样仅仅按平面简化计算。另一方面，即使是配置了竖向预应力筋，并且采用预应力弯束形式，也不能保证不出现主拉应力空白区。所以要求考虑所有的因素，进行空间分析计算。(3)必须配置弯起束，同时也应配置竖向预应力束。必须充分考虑预应力损失。对竖向预应力束，应采用二次或多次张拉，确保其有效预应力。图2.5是一种新型的二次张拉低回缩预应力钢绞线锚固体系，它用于竖向预应力，其性能远优于精轧螺纹钢。(4)适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量，加密箍筋，即便开裂也可将裂缝控制在较小的范围内。
2、顶、底板纵向裂缝
由于箱梁桥顶、底板处的剪应力较小，所以主拉应力的方向大致与箱梁的横向方向相同，产生的裂缝方向大致和桥轴线平行。其产生的原因在作用效应上主要有超载、温度效应、箱梁自重产生的横向拉应力以及纵向预应力产生的横向拉应变等;在结构的布置形式上有支座布置形式和位置的影响、顶板厚度等因素;在混凝土的自身性质上，混凝土的收缩和水化热通常会导致顶、底板的开裂。值得注意的是，由于变截面箱梁的底板施加曲线预应力束而产生径向力，和其他因素共同作用下，当底板横向配筋不足，会在底板横向跨中下缘及横向两侧底板加腋开始的上缘出现纵向裂缝。对于箱梁顶板的纵向开裂，目前较为普遍的做法是加横向预应力。然而从统计数据来看，虽然没有设置横向预应力的箱梁100%开裂，但在设置横向预应力的箱梁中，纵向开裂仍然高达70%，表明横向预应力的设置，荷载效应计算方面还仍需要改变。
总之，预应力混凝土箱梁桥随着使用时间的延续，会出现不同性质的裂缝，这些裂缝如果处理不当,将给结构物的强度、刚度带来一定的危害甚至影响使用寿命，需要我们倍加重视。本文对目前箱梁普遍出现的病害类型和分布位置进行了总结，对这些病害产生的原因和防治方法进行了简单的总结和探讨。希望能对了解公路预应力混凝土箱梁病害的总体状况提供参考。
参考文献：
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[3]杨旭光.预应力混凝土连续箱梁裂缝病害分析[J].交通标准化,2009(5)