连续刚构裂纹研究与结构加固措施

1、桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施第四工程有限公司董国桢内容提要： 在施工连续刚构桥过程中，为了减少预应力损失和结构裂缝，对纵向应力的平弯而引起的横向应力进行了应力测试，为改进施工工艺和结构加固提供了方案参考。关 键 词： 预应力结构裂缝应力测试结构加固1工程概述小安溪特大桥位于国道212 线武胜至合川高速公路第H 合同段，左右幅桥的主桥均为1-60m+1-100m+1-60m 预应力砼连续刚构桥；引桥为30m 预应力混凝土简支T 梁，全桥左线长600m，右线长 720m。主桥主墩采用双薄壁墩身，墩身厚1.4m，宽 6.5m，最高墩

2、身39.10m。该大桥圬工量为328000m，总钢材数量为2750t 。主桥箱梁0 号段 ( 含两端外伸 1m)共长 8m，每个 T 构纵桥方向划分为12 个对称梁段，梁段数和梁段长度从 0 号段到跨中分别为6×3.5m+6 ×4m，累计悬臂总长46m。全桥有两个边跨和一个中跨共3 个合拢段，合拢段长均为2m，边跨现浇段长8.9m。箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，箱梁顶板宽12.5m，底板宽 6.5m，外翼板悬长 3m，箱梁顶板有单向横坡 2%，箱梁底板水平设置。箱梁跨中合拢段及边跨支架现浇段梁高2.8m（以箱梁外侧桥面低处为准），墩与箱梁连接处的根部断面和墩顶0

3、号梁段高为 6m。从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化，方程为47x3 / 2(X 至箱梁根部算起，即 0号截面算起 ) 。箱梁底板厚除 0h=2.8+3.2*()47号梁段为 80 厘 m外，其余各梁段从箱梁根部截面的80 厘 m渐变至跨中及边跨现浇截面的30 厘 m厚，底3缘为半立方抛物线，方程为2应力测试2.1 问题出现及分析出现问题47x 20 号截面算起 ) 。h = 0.3 +0.5 ×(X 至箱梁根部算起，即47小安溪大桥左线已施工4 个节段，在顶板底部距腹板10 15cm 处普遍出现纵向裂缝，桥面上部水从裂缝中渗到顶板底部。裂缝开展始于与前节段交接缝60cm

4、100cm处，裂缝长度120cm左右，个别节段裂缝达 200cm。裂缝情况见图1。中铁十三局集团有限公司249桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施i 节段i+1 节段腹板纵向裂缝腹板图 1顶板底部裂缝示意图为了查明裂缝开展的原因，大桥技术组在左线8#墩 4#节段进行了专门的监测试验，主要是监测顶板纵向预应力束张拉时顶板开裂部位横向应变值。原因分析主要原因在预应力砼发展的初期，预应力的目的是完全消除在使用荷载下砼的拉应力，认为它是一种直到最大设计荷载仍不开裂、并处于弹性状态的全新的均质材料。此类设计在全部使用荷载下限制砼的拉应力为零，即通常的所谓“全预应力”。因“全预应

5、力”梁会出现由于偏心预应力所产生的过大的上拱度（恒重荷载产生的挠度仅能抵消上拱度的一部分），这种倾向还会因砼徐变而加剧发展。在设计过程中，设计人员过分追求“全预应力” ，为了满足“全预应力”的抗裂要求，过大的预压应力引起横向拉应变超出极限值而造成梁体出现纵向水平裂缝。由于该桥顶板纵向预应力束平弯半径过小(R=400m or 500m) 而引起的横向应变超出了砼的极限拉应变值。顶板纵向预应力束布置见图2，顶板纵向预应力束平弯坐标见表1。5124005×3500123456（0）（1）（2）（3）（4）（5）5 72 1××TC7257TC1TC2TC3TC4TC5T

6、C61×500主桥5墩28中13心57线21××25TC1TC2TC3TC4TC5TC671TC7×5512图 2顶板束预应力平面示意图单位： cm250中铁十三局集团有限公司桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施表 1预应力束平弯坐标表悬浇板束编号TC1TC2TC3TC4TC5TC6TC7平0°9°10°10°11°10°10°平弯参数R平400500500400500500X378.8624.5878.01181.51385.11638.7AZ-25-42-

7、59-76-93-110坐X441.4711.3964.81257.81471.91725.5BZ-20.1-34.4-51.4-69.9-85.4-102.4X537.4863.21213.21573.71913.22263.2C标Z-4.9-7.6-7.6-6.1-7.6-7.6X6009501300165020002350DZ0000000梁肋中线主D桥CA-平弯起点墩B( 平，R平）D-平弯终点中AX-距墩中心线距离心( 平，R平）Z-距梁肋中线距离线次要原因顶板预应力束过于密集，预应力束管道之间的间距为17cm，而管道的直径为11cm，所以管道之间的砼仅为 6cm宽，从而削弱了结构的

8、受力结构面积（见图3）。2×25R2155×175×17655.5013单位： cm注：阴影部分为出现裂缝部位图 3 顶板束预应力立面示意图中铁十三局集团有限公司251桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施2.2 监测方案为了找出出现裂纹的根本原因，从结构本身杜绝裂缝的出现，我技术组采取了在边跨顶板底面横向粘贴混凝土应变片，在中跨顶板底面及顶面横向粘贴混凝土应变片的方案进行应力测试。应变片布置见图4、图 5、图 6。采用 UCAM及 YJ-26 应变仪进行测试。张拉测试时间：2004 年 7 月 24 日上午 11:40 下午 3:00 ，

9、温度 39左右。4#节段3#节段6 5 4腹板上游1 2 3703030下游腹板图 4 中跨 4#节段顶板顶面（桥面）应变片布置4#节段3#节段3腹板上游18 7970303012 1110下游腹板图 5 中跨 4#节段顶板底面（箱内）应变片布置252中铁十三局集团有限公司桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施4#节段3#节段31 6 5 4703030腹板上游321下游腹板图 6边跨 4#节段顶板底面（箱内）应变片布置2 3 监测结果中跨 4#节段应变监测结果列于表 2。表 2中跨应变监测结果（）腹板预应力束张拉应力 (2343.6KN)顶板预应力束张拉应力 (371

10、0.7KN)张拉应力20%40%60%80%100%张拉应力20%40%60%80%100%123414545511203955734026617222921734558020顶板3-19-9-44113458197152174桥面433425451584811131391492185181218615594475951146666062535569153255827346557-4-157118033018-2282150顶板9003-109-4191927箱内104253510-21421115122311-414613125121112-30-126边跨 4#节段应变监测结果列于表3。表

11、 3边跨应变监测结果（）腹板预应力束张拉应力 (2343.6KN)顶板预应力束张拉应力 (3710.7KN)张拉应力20%40%60%80%100%张拉应力20%40%60%80%100%1-3-1-3-6-91491434722132112262897199顶板31322133936115266箱内41222245710141854555555561239中铁十三局集团有限公司253桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施65546562413352593分析及建议3.1 数据分析在腹板束张拉过程中，顶板箱内应变均较小，桥面受温度影响产生明显的拉应变。从实测的横向拉应变

12、结果表明顶板束水平弯曲产生了较大的拉应变，由于中跨按技术组的建议在顶板半高部位靠近平弯预应力束处增加了一层横向水平钢筋( 见图 7) ，分担并扩散了横向拉应力，顶板底部的拉应变比边跨的拉应变大为降低，从根本上阻止了裂缝的开展；而边跨则按设计图纸进行了施工, 在顶板束张拉过程中，中跨顶板桥面3、4 号点位拉应变较大，顶板箱内拉应变最大为 50 ，边跨顶板箱内 2、3、 6 号点位拉应变较大。该应变值已达到混凝土极限拉应变值，虽然表面尚未出现裂缝但内部已经开裂。3.2根据此次试验结果，技术组提出如下建议a. 在距顶面35cm处增设一层 1615cm构造钢筋；图 7 顶板砼受拉区段的钢筋加固b. 在

13、顶板束平弯区段适当加设U 形拉接筋，增加结构的拉应力；c. 建议设计单位在设计较大吨位的纵向预应力时，充分考虑由于纵向应力而引起的横向应力值是否超过了砼本身的拉应力值；d. 建议设计单位在设计预应力时充分考虑波纹管道对结构本身截面积的削弱程度；e. 建议设计单位在设计腹板厚度时充分考虑能够承受集中的锚固力，如若腹板太薄或砼强度太低也会引起预应力束线方向的开裂。为避免砼的开裂，可以用主动钢筋网和竖向预应力筋并借助应力箍来锚固；f. 建议施工单位在施加预应力力时，砼要有足够的龄期，最好在7 天之后施加，让砼有足够的弹性模量和抗拉应力。4对裂缝灌浆修复- 粘碳纤维加固补强254中铁十三局集团有限公司

14、桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施4.1 裂缝灌浆修复施工程序工艺程序裂缝表面处理埋设注浆嘴封缝试压调配灌缝胶灌注保压固化检验完成。施工顺序a. 沿缝对混凝土表面进行处理，清除松散灰浆、砂粒、油垢，使缝隙畅通、干燥；b. 使用灌缝胶掺入水泥或大白粉作为封闭胶埋设注嘴和封缝，注浆嘴埋设在裂缝端部、交叉处和较宽处，间隔 300 500mm；c. 缝胶固化使用压缩气体试压，确认灌注通道畅通、密封无泄漏；d. 将灌缝胶按规定比例调配好，立即装进压力罐，尽快将其注入到裂缝中。灌浆一般应按由宽到细，由一端按注浆嘴顺序；从第一注浆嘴开始灌注，待下一注浆嘴出浆后关闭本注浆嘴，在下一

15、注浆嘴继续压力灌注，依次进行。对垂直裂缝应按由低到高的顺序进行，缝隙全部注满后应继续稳定压力一定时间，吸浆率小于 50ml/h 后停止注浆，关闭注浆嘴；e. 胶液固化后，敲去注浆嘴。4.2粘贴碳纤加固补强施工程序4.2.1工艺程序；弹线砼表面打磨修补平整涂刷底胶刷浸胶、粘碳纤维养护固化质量检验表面防护完成。施工顺序a. 施工前应对粘贴部位混凝土的表层含水率及所处环境强度进行测量，施工前应按设计图纸，在加固部位放线定位；b. 清除被加固构件表面疏松部份，至露出混凝土结构层，若有裂缝应先行修补，然后用修补材料将其表层修复平整，粘贴部位的混凝土若表面坚实，也应除去浮浆层和油污等杂质，并打磨平整，构件

16、转角粘贴处打磨成圆弧状，表面打磨后，应用强力吹风机将表面粉尘彻底清除；c. 底胶应用滚筒刷或毛刷均匀涂在已用清洗剂擦净混凝土表面，调好的底胶应规定的时间内用完，避免造成浪费；d. 经清理、打磨后的混凝土表面，若有凹陷处，应抹成平面；e. 粘合剂的配制，应按粘合剂的配制比例和工艺要求进行，调胶应搅拌均匀，无气泡产生，防止灰尘等杂质混入，且应有专人负责。粘贴碳纤维织物的施工要求a. 裁剪 60cm宽的碳纤维织物；中铁十三局集团有限公司255桥梁施工新技术现场经验交流会浅谈连续刚构裂纹分析与结构加固措施b. 将配制好的粘结剂均匀涂抹于需要粘贴部位的混凝土面上；c. 将裁剪好的碳纤维织物敷在涂好粘合剂

17、基层上；d. 用特制的滚筒沿碳纤维方向在已粘好的碳纤维织物的面上多次滚压，使粘合剂充分浸透，并使其平整、无气泡。e. 在最后一层碳纤维的表面应均匀涂抹一道粘合剂。4.3 安全注意事项a. 碳纤维织物为导电材料，施工时应使其远离电气设备及电源；b. 各种粘合剂应在其说明书规定的环境温度中密封储存，并远离火源，且避免日光直射；c. 粘合剂的配制应在室内进行，其操作环境及施工现场应保持良好通风，施工人员应戴防护口罩、手套和穿工作服。5结束语自对箱梁顶部倒角处钢筋进行了加密和补强，到全桥成桥后，在张拉工序完成后拆除模板，观察到混凝土表面平整光洁，都没有出现裂缝情况，证明采取的防裂措施是有效的。同时对我

18、技术组提出的加固补强方案进行实施并对其进行了检测，测试结果证明混凝土内部裂缝已消除，裂缝灌注饱满、密封完整，强度符合设计要求且混凝土的结构性能良好；炭纤维粘贴平整、牢固、无气泡、空鼓等现象，表明此加固补强方案完全可行。6. 关于连续刚构桥几点的思考a.0# 块是连续刚构受力、结构最复杂，施工难度较大的段落，设计人员往往考虑其抗弯和抗扭刚度较大，一般均在0#块内设置两个强大的横隔板，由于这两个横隔板的刚度较大，在0#块所施加的预应力很难加上去，导致应力损失很大（同时钢绞线伸长量误差较大）， 0#块裂纹较多。现考虑能否在0#块内采取刚度较小，异型预应力横隔板。b. 由于连续刚构截面尺寸均较大，为了减少薄壁箱梁的扭转和畸变，在边、中跨合拢段也采取了横隔板，同样在施加预应力时，应力加不上去，导致应力集中，出现裂纹较多。c. 根据实践证明，鉴于超静定结构的特点，由于温度影响、砼的自重及收缩徐变作用、钢筋松弛和基础不均匀沉陷等会在结构内部引起很难准确计算的附加力，悬臂端因塑性变形的不断下垂不易调整以致造成行车不顺以及施工中有时还要强迫合拢等种种缺点，这就限制了连续刚构桥的发展。试想一下，能否通过采用轻质高强砼和备用体外预应力来克服