预应力连续箱梁桥的裂缝分布及静载力学试验

1、预应力连续箱梁桥的裂缝分布及静载力学试验摘要：预应力连续箱梁桥的应用优势较为明显，广泛应用在公路、城市立交桥等相关桥梁方面，但因早期设计不完善、施工水平较低、荷载能力较弱等问题，致使箱梁桥顶底板、腹板等地方产生较为严重的裂缝，对整体箱梁桥的刚度、承载力以及耐久性等方面造成不利影响。本文先简述连续箱梁桥的一般裂缝病害特点，通过2个连续箱梁桥（注意一个桥为连续刚构，另一个为连续箱梁）箱室内部的裂缝分布状况及特点作为特例进行分析，最后由静载试验验证裂缝对结构的工作状况的影响。关键词：预应力连续箱梁桥；裂缝；静载力学试验随着城市化进程的加快，高速公路的发展速度也随之加快，预应力连续箱梁桥则广泛应用在公

2、路、城市桥梁等领域。当前，我国已建成或者在建中的多数桥梁为预应力混凝土梁桥，其中连续箱梁桥的应用范围较为广泛，但是随着对混凝土箱梁桥的调查研究，在已修建的桥梁中，其在运营过程中梁体的不同部位常出现横向、纵向、斜向等裂缝。而裂缝问题在质量病害中腐蚀现象严重，影响结构的承载力和抗渗能力，并影响着箱梁桥的外观、缩减箱梁桥的使用寿命，更甚者还会影响结构安全。一、连续箱梁桥的一般裂缝病害特点依据连续箱梁桥的裂缝产生部位，可将裂缝病害分为翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝。在翼缘板横向裂缝多在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板部位产生，此外在跨中底板翼缘处也较多分布，而连续箱梁中横向裂缝多发生在支座负弯矩的顶板翼缘

3、，在靠近1/3跨径范围以内的支点部位，裂缝现象则越严重。预应力发生松弛问题，也将引发横向裂缝的产生，在预应力混凝土结构中，箱梁内部的预应力对结构应力状态的正常运行起着一定的作用，随着箱梁桥较长的运营时间，预应力钢束的松弛效应将会越明显。在钢筋混凝土箱梁桥建设中，所选用的钢筋材料合理性，也对引起横向裂缝现象有一定的影响，钢筋与混凝土之间的粘结力对结构的刚度和裂缝的扩展度影响较大，从而在选择钢筋材料时多选用表明并不光滑、具有化学吸附作用和较强粘结力的预应力钢筋。而腹板斜裂缝多在支点和1/4跨度之间部位发生，在无论什么性质的箱梁桥在，施工阶段或者运营阶段，腹板都可能会出现斜裂缝现象，而该现象的发生则

4、可能是由设计计算的偏差、设计构造配筋比例上的误差、施工工艺的不完善、气候条件的恶劣以及日常维护工作的影响等因素引起。若是预应力损失程度较深，腹板主拉应力也将会随之增大，进而造成纵向预应力损失，若是超过设计计算值的预估值，也会致使截面抗弯承载力较低，进而造成翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝同时存在。二、通过两个连续箱梁桥箱室内部的裂缝分布状况及特点（一）新礼大桥静载试验江门市新会区新礼大桥位于省道S364线上，桥全长1120米，分左右两幅，桥面单幅宽12m，每幅共35跨。桥跨组合为18×16m15m55m90m55m4×23m2×20m3×18m4×2

5、0m，主桥上部结构为预应力混凝土连续刚构桥，截面形式为变截面单箱单室。主线引桥主要为16m跨和20m跨普通钢筋砼简支空心板梁及4跨23m连续箱梁。左幅25#墩处起有一单向匝道桥，从1#墩起共10跨，每跨20m，匝道桥上部结构为20m跨连续箱梁。下部结构主墩为双肢薄壁墩，引桥为柱式桥墩，1#18#墩为3立柱，23#34#墩为4立柱，匝道桥除5#墩为双柱墩外其余均为单柱式桥墩，钻孔灌注桩基础。大桥总体病害分布形态如下图所示：主线桥匝道桥图1 新礼大桥总体病害分布按照公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)，采用MIDAS2006桥梁结构计算分析专用软件对该桥的设计活荷载作用下的内力与变形进行计算

6、。根据结构计算的等代效应以及现场条件，在最不利截面位置的影响线上进行布载。本次试验采用七部双后轴重车进行加载，在右幅桥主跨箱内腹板布置裂缝观测点，采用千分表的方法监测混凝土裂缝宽度及长度变化，选取裂缝宽度较大的进行监测，共布置5个裂缝监测点。试验结果为新礼大桥桥面铺装为砼铺装层，桥面普遍磨耗，局部有沥青修补痕迹，桥头有轻微跳车，部分墩顶附近出现横向裂缝；大多数伸缩缝填塞泥砂，部分橡胶条穿孔破损；栏杆存在砼破损并露筋锈蚀等病害。简支空心板底存在较多的纵向裂缝，最大裂宽约0.65mm，裂缝较多裂通单块板，裂缝出现位置主要有两处：一处为腹板与底板倒角处于底板纵向开裂，一处为板底中线附近纵向开裂。部分

7、裂缝有碎边现象，且有渗水、滴挂形成。匝道腹板存在较多的竖向裂缝，长度大多数约在4080cm之间，向上贯通腹板，向下裂至底板，裂宽均在0.1mm0.36mm之间；底板大部分被蔓藤覆盖，存在少数的横向裂缝，裂宽最大约0.14mm。（二）新民大桥静载试验新民大桥位于江门市境内的S364线上，全桥分左右两幅，跨径组合为：11×16m+(55+90+55)m+17×16m+9m+5×20m+14.8m+5×16m。全桥全长1250m，共43跨。其中引桥第32跨、38跨为整体现浇空心板，左右幅板底各有20个圆形板式橡胶支座；引桥其余部分为钢筋混凝土简支空心板梁，左右

8、幅各由13片空心板装配而成，板底各有26个板式橡胶支座；主桥为（55+90+55）m预应力混凝土连续箱梁，支座型式为盆式橡胶支座。全桥病害总体分布图如下所示：图2 全桥病害总体分布本次静载试验荷载效率、实验加载工况挠度及应变理论值采用MIDAS有限元软件计算，本次按照汽车-超20级、挂车-120进行计算，墩顶设计弯矩由汽车-超20级为控制弯矩，在汽车-超20级荷载作用下主跨跨中弯矩值为16854.4，在试验荷载作用下，满载时，跨中拱顶的正弯矩值为16055.4，根据公路桥梁承载能力检测评定规程第8.1.2条规定，荷载试验的荷载效率，满足公路桥梁承载能力检测评定规程要求。在各级荷载作用下左幅主跨

9、腹板裂缝宽度变化情况如下表7.3.2所示，从表中数据可以看出，裂缝宽度在各级荷载作用下基本无变化,裂缝宽度最大增量为0.006mm，卸载后裂缝宽度基本恢复。跨中拱顶最大正弯矩工况静载试验数据表明，主桥桥面挠度关键测点卸载后相对残余变形均未超过20，满足公路桥梁承载能力检测评定规程要求；挠度基本随弯矩增加按线性规律变化，说明结构基本处于弹性工作状态。三、静载试验验证裂缝对结构工作状况的影响裂缝检测需依据桥梁结构类型、受力特点等方面予以进行，侧重于检查荷载作用以及其他因素将引起裂缝的部位，经调查和检测裂缝的发生部位、裂缝的现状来探索裂缝的特征，进而在静载试验中能够详细观测试验前后的裂缝宽度。当静载

10、试验项目较为全面时，可结合挠度测点的校验系数予以结构强度和稳定性的评定；使用静载试验验证裂缝对结构工作状况的影响教小，当试验设计方案较为完善时，还可有效了解结构工作状况，进一步掌握结构的运行状态，增强结构的运行质量。结束语综上所述，探究预应力连续箱梁桥的裂缝分布，并结合实例进行静载力学试验，将能检验桥梁设计与施工质量，以便保障工程的可靠性；通过判断桥梁结构的实际承载力，提高旧桥的可利用率；验证桥梁结构相关的设计理论与方法将能为桥梁技术理论与施工技术的发展奠基坚实的基础；通过试验鉴定，获取的必要技术数据可为处理工程事故起着指导作用。参考文献：1郑顺.预应力连续箱梁裂缝分析与安全性评估D.长沙理工大学,2012.2彭留留.预应力