预应力混凝土连续箱梁桥腹板斜裂缝成因与控制

( 7) 施工后期管理 和混凝 土养护工 作不 足, 造成 腹板 现浇混凝土强度不足 , 常常导 致腹板斜裂缝的形成。 21 3 应力松弛 的影响
随着预应力 桥梁运 营服 务时间 的增 长, 受钢 筋应 力松 弛和混凝土收缩 徐变 的影响, 箱梁会 产生 较大 的预应 力损 失, 很容易导致腹板斜裂缝的 产生。
1 腹板斜裂缝形成应力分析
斜裂缝主要成 因是由 于预 应力箱 形梁 桥腹 板的主 拉应
力超过混凝土的 极限 抗拉强 度。主应 力计 算与 计算截 面的
正应力、竖向预应力以及剪应力计算直 接相关。 5公路钢筋
混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范 6 ( JT J023- 85) 中规 定: 预应力混凝土 受弯构 件由 作用短 期效 应和 预加力 产生
( 4) 在挂篮悬臂施 工法中, 挂 篮布置 位置 的确定 需作 局部验算, 浇 筑混凝 土前, 应 对挂 篮进行 预压 重, 并 要由
外向里浇筑混凝土。
31 212 混凝土模板和支架施工预防措施
( 1) 对混凝土模板 支架地基 进行基 础承 载力检 算, 以 防止混凝土浇筑后支架 发生变形。
( 2) 混凝土模板和 支架安 装必 须位置 准确、牢 固, 在 混凝土浇筑 过程 中不 发生 变形, 浇筑 混凝 土前 应 进行 112
预应力箱 形 梁设 计 时, 主 要考 虑 预应 力 钢 筋的 设 计, 对非预应力钢筋 设置 过少, 特 别是箍 筋和 弯起 钢筋考 虑不 足, 甚至有些情 况下 就不设 置弯 起钢筋。 预应力 箱形 梁中 纵向预应力和竖向 预应力 足够 大时能 够减 小或 避免主 拉应 力, 但是若预应力 损失过 大同 时没有 足够 的箍 筋和弯 起钢 筋的作用, 箱形梁腹板将由于抗 剪承载力不足出现斜裂缝。 21 113 腹板厚度、纵向预应力钢筋 和竖向预 应力钢 筋的设 计不合理
压应力; S为主应力计算点预应力弯起钢筋预加力和作用短 期效应组合剪力产生 的混凝土剪应力。
主拉裂缝的形成是因为主 拉应力 R tp超过混凝 土的极限 抗拉 强 度, 从 式 ( 1) 中 可 以 看出, 主 拉应 力 R tp大 小 与 R cx、 R cy和 S的大小有关。在箱形梁设计 和施工中 由于某种 原因, 导致 R cx、 R cy和 S 变化, 主拉 应 力 R tp便 随 之变 化, 如果 R cy减小, 主 拉应力 R tp随之 增大; 如 果 S 增大, 主拉 应力 R tp也随 之增 大; 如果 R cx减小, 主 拉应 力 R tp随之 增 大。通过上述变 化关 系可以 看出, 主 拉裂 缝的形 成是 由于 某些原因引起桥梁内 部应力的变化。
竖向预应力筋的 拉伸 量、减少 锚头数 量以 及减 少预应 力空
白区。
非预应力钢 筋设 计。箱梁 骨架钢 筋设 计时, 应考 虑箱 体的 顶 板、底 板共 同 参 与抗 弯、抗 压、抗 扭、抗 剪 作 用,
骨架钢筋 不宜 多 而杂。通 常 情况, 骨 架 每肋 有 3 ~ 4排 为 宜, 主筋的重叠最 好不 超过 3 排 [ 5] 。在箱 梁腹 板内应 设置
2 腹板斜裂缝成因分析
21 1 设计因素 21 111 预应力混凝土箱梁设计模式不合理
5公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 6 中规 定: / 如无 精确的计算方法, 箱形梁也可以参照 T 形 梁的规 定处理。0 但是在实际情况中, T 形梁 与箱形 梁之间 的受力 状态存在着很 大的区 别。 T 形 梁的 实际 受力 情况 与力 学计 算假设比较接近, 设 计主 筋能 够充分 发挥 作用, 而 且 T 形 梁受横向荷载影 响较 小; 但是 箱形梁 由于 顶板 和底板 的作 用, 主体结构不 但要 承受纵 向荷 载作用, 而且受 到横 向荷 载和扭矩的影响也非常 大。 21 112 非预应力钢筋设置过少
一定数量的箍筋 ( 如双肢 箍筋 ) 和弯 起钢筋, 可以降 低箱 梁的纵向预 压应 力, 避免 出现纵 向裂 缝, 减少 反拱 度, 改
善结构使用性能。
( 5) 箱梁的腹板厚 度不宜太 薄, 除了 应当 满足预 应力
束管道通过的要 求外, 还 必须 有足够 的空 间布 置普通 钢筋 的要求。
( 6) 混凝土的设计应注意的问题。
#工 程 结 构#
预应力混凝土连续箱梁桥腹板斜裂缝成因与控制
周庆
(中铁二十局集团一公司, 江苏苏州 215151)
=摘 要 > 预应力箱形桥梁是目前 公路桥梁应用最广泛的结构形式。预应 力箱形桥梁 腹板斜裂 缝是较 为常见 的裂缝, 文中深入分析腹板斜裂缝的开裂机理、形成原因和预防措施。
=关键词 > 箱形梁桥; 斜裂缝; 形成原因 ; 预防措施
( 3) 竖向预应力钢 筋设计不 合理。普 通形 式竖向 预应 力筋的布置一般要求顺桥向间距在 015~ 01 7 m, 预应力效应
[ 收稿日期 ] 2007- 09- 25 [ 作者简介 ] 周庆 ( 1980 ~ ), 男, 工程 师, 主要 从事 桥梁建设工作。
四川建筑 第 28卷 1 期 20081 02
混凝土材料 的设计 选用, 宜 采用 优质的 水化 热较 低的 混凝土配比;
对箱形桥梁 结构的 混凝 土, 不仅 在强度 上作 出具 体要 求, 而且对弹性模量也应作出具 体说明。
31 2 桥梁施工方 面的预防措施 31 211 混凝土施工预防措施
( 1) 加强管理, 严格按 照设计 要求的 水灰 比配制 混凝 土。
( 4) 设计合理的预应力钢筋和非预应力钢筋。 预应力钢筋 设计。首 先, 顶 板纵 向预 应力 钢筋 束, 应
设置一定数量的 预应 力下弯 钢筋 束, 以提 高箱 形梁的 斜截
面承载能力; 其次, 采 用 U 形竖 向预应 力钢 筋, 并采 用单 排或双排交错 布置 [ 4] , 这种 竖向 预应力 钢筋 束, 可以 增加
( 1) 模板安装粗糙, 混凝土浇筑时易发生变形和 位移, 使腹板厚度不能满足 设计要求。
( 2) 预应力 钢筋 张拉 时没 有达 到设 计 要求 的 张拉 力。 预应力筋张拉力达 不到设 计值 和波纹 管就 位时 偏离了 设计 的坐标值, 对腹 板内 力造成 不利 影响。如 果按照 预应 力减 少 10% 或钢索偏心量的误差达 2 cm 这两种情况来计算, 即 使混凝土及钢筋 的应 力小于 容许 应力, 但 如果 把两者 组合 起来, 混凝土的拉 应力可 达 2132 M P a, 而抗拉 钢筋的 应力 可达 262 M P a ( R = s> = 230 M P a), 这就大大超过各自的容许 应力 [ 5] 。
( 3) 预应力钢筋 张 拉完 毕 后, 没 有 按设 计 要求 灌 浆, 有时甚至不灌浆, 导致预 应力 钢筋锈 蚀或 预应 力钢筋 的有 效预应力降低。
( 4) 现浇箱梁支架 地基强 度不够, 在 混凝 土浇筑 初期 支架下沉而导致箱梁 产生不规则的裂缝。
( 5) 箱梁骨架钢筋多 且间 距小, 肋板、横 梁、内 盖梁 处的混凝土 难以振 实, 混凝 土强 度低于 设计 强度, 包 裹力 也大为降低。
=中图分类号 > TU 44517+ 1
=文献标识码 > B
连续箱梁桥 以其 独特的 优点, 在 高速 公路 和城市 高架 桥中得到广泛地 应用。但 是箱 梁桥的 腹板 开裂 问题是 一个 十分严重的 问题。根 据以往 桥梁 裂缝调 查结 果表 明, 箱梁 腹板的裂 缝 以斜 裂缝 为 主 [ 1]。 斜裂 缝又 称 主拉 应 力裂 缝, 它是预应力混凝 土箱 梁桥中 主要 的裂缝, 往往 发生在 剪力 较大的支座附近, 与 桥梁 轴线夹 角为 25b ~ 50b, 而且 随着 时间的增长 裂缝不 断发 展, 并逐 渐向跨 中发 展。本文 针对 箱梁腹板的斜裂 缝的 开裂机 理、形成 原因 以及 预防措 施进 行深入分析。
倍混凝土自重预压, 消除支架变 形。
的混凝上主拉应力 R tp和主压应力 R cp应按下列公式计算:
R R
tp cp
=
R
cx + R cy 2
º
R cx - R cy
2
+ S2
2
( 1)
式中: R cx为主应力计算点 各种荷 载作用 下产生 的轴力
和弯矩按照材料力学 公式计算的 混凝土 法向应 力; R cy为主
应力计算点处由竖 向预应 力钢 筋预加 力产 生的 混凝土 竖向
3 斜裂缝控制措施
31 1 桥梁设计 方面的预防措施 ( 1) 我国现行公路桥 梁规范 规定的 桥梁使 用阶段 主拉
应力值偏于 不安全, 而压应 力允 许值又 过于 保守, 因 此桥
梁设计者在确定 桥梁 结构安 全性 时, 使用 主拉 应力值 应适 当的参考国外的相关规 范, 如日 本和德国的规范。
( 2) 探索合理的箱 形桥梁计 算模式。 由于 T 形梁 与箱 形梁的结构差 异, T 形梁 的计 算模 式已 不再 适用 箱形 梁的
计算, 必须探索更加合理的计算 方法。 ( 3) 在进行温度应 力分析时 , 最好采 用实 桥观测 和温
度场的有限 元分析, 同时可 以参 照英国、 新西兰 的桥 梁规 范和我国铁路桥梁规范 , 确定合 理的箱梁桥温度梯度模式。
( 2) 纵向预应力钢 筋布置方 式, 对腹 板的 主拉应 力也 有较大的影响。通 过对设 置顶 板下弯 钢筋 束和 不设置 顶板 下弯钢筋束两种 情况 的比较, 发现设 置顶 板下 弯钢筋 束的 腹板主拉应力明显小于不设置顶 板下弯钢筋 束的主拉应 力。 因此, 是否设置预 应力顶 板下 弯钢筋 束对 控制 腹板斜 裂缝 的形成有较大的影响。
( 6) 在悬臂平衡挂 篮浇筑 时, 未对挂 篮预 压重或 压重 不足就进 行节 段 混凝 土 浇筑, 箱 梁 浇筑 的顺 序 由里 向 外, 导致挂篮下挠, 结 果在与 上一 施工节 段连 接的 工作缝 处出 现横向裂 缝。即 使 张拉 预应 力 束后, 裂 缝也 不 可能 闭 合。 由于这些裂 缝的存 在, 剪应 力急 骤增大, 导致主 拉应 力增 大。