预应力混凝土箱梁主要裂缝成因和防治措施的探讨

1、收稿日期:2003-12-05作者简介:蒋冬蕾,女,宁波高等专科学校。预应力混凝土箱梁主要裂缝成因和防治措施的探讨蒋冬蕾1,应国刚2(1.宁波高等专科学校,浙江宁波315016;2.宁波市交通工程质量监督站,浙江宁波315040摘要:预应力混凝土连续箱梁的裂缝问题一直以来倍受桥梁界专家及技术人员的关注。本文通过对预应力混凝土连续箱梁主要裂缝产生的原因进行了浅析,并提出了相应的防治的措施 。关键词:预应力;箱梁;裂缝;防治;措施中图分类号:TU375.1文献标识码:A 文章编号:1008-7109(200402-0045-03近年来,我国交通基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的预应力混凝土连续

2、箱梁。在桥梁建造和使用过程中,有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的事件屡见不鲜。混凝土开裂对于此类桥梁来说是“常发病”和“多发病”,经常困扰着桥梁工程技术人员。其实,如果采取一定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对预应力混凝土连续箱梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文尽可能对预应力混凝土箱梁主要裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用。1预应力混凝土箱梁裂缝主要类型、特征及其防治措施对于预应力混凝土连续箱梁,根据产生裂缝的位置和形状不同,大致可以分以下七类。1.1腹板的斜裂缝主要表

3、现特征:一般主要分布在1/8跨与3/4跨之间,沿跨中左、右两侧对称分布,与水平夹角多为15°-50°。主要产生原因:腹板最大主拉应力超过砼抗拉强度或斜截面抗剪强度不足。引起腹板抗力不足的原因可能有:计算模型与结构实际状态相差较大,如温度模式、横向车队布置和纵横双向受力耦合影响等;纵向和竖向预应力筋预应力损失较大;弯起钢筋和分布筋布置不合理;腹板厚度太薄等。主要的防治措施:(1认真分析,详细考虑,选取与结构真实状态符合较好的计算模型,特别是温度模式;(2通过准确计算预应力各项损失和规范施工控制好纵向预应力束的预应力;(3严格控制竖向预应力筋张拉和灌浆工艺,且在张拉时间上与纵向

4、预应力筋张拉要基本保持同步;(4腹板设计厚度要满足预应力筋的布置和分布钢筋及箍筋的布置;5保证构造筋的数量和直径。1.2底板的纵向裂缝主要表现特征:通常主要分布在底板底面中间区域,沿横断面方向呈跨中密、粗而长,两侧相对较疏、细而短。主要产生原因:底板跨中抵抗弯矩不足。引起抵抗弯矩不足的原因通常有:预应力钢束曲线径向力;预应力钢束有转折角处所产生的集中力的合力;横向温度应力;横向配筋不足;截面尺寸不合理等。主要的防治措施:(1合理设计箱梁底缘的的曲线,使曲线在合龙段两端的曲线半径尽可能大,并将曲线原点分别设在合龙段两端,从设计上避免出现转角,尽量减小预应力钢束曲线径向力和集中力;(2施工中要减少

5、预应力筋固定位置偏差,钢束平面布置应尽量靠近腹板;(3合理配置底板的横向钢筋和防蹦钢筋,保证底板上下缘横向配筋率;(4在砼达到张拉设计值后才进行预应力筋的张拉;(5分段浇第16卷第2期64宁波高等专科学校学报2004年第2期筑时,控制底板、腹板和顶板砼浇筑相差时间及温差;(6加强施工控制,严格控制合龙段高差;(7计算中合理选择顶、底板的温度模式。1.3底板的横向裂缝主要表现特征:通常分布在跨中或1/4跨位置附近,沿横截面方向发展。主要产生原因:截面弯拉应力超过允许值。引起的可能原因有:预应力筋锚固端过于集中在某一截面;挂篮施工时挂篮局部变形过大;支架施工时沉降过大,砼未达到设计要求就提前拆模等

6、。主要防治措施:(1同一断面中,锚固的预应力吨位不能太大;根据锚固吨位的大小,布置足够的纵向分布钢筋通过锚固截面;(2锚固断面底板应有一定的压应力储备,最好避免在拉应力区锚固预应力钢束;(3挂篮施工时,要事先计算好挂篮的局部变形,在施工中进行合理的调整;支架施工时,要事先进行支架超载预压,观测变形与沉降情况;一定要保证砼达到设计强度后才进行拆模。1.4顶板的纵向裂缝主要表现特征:主要分布在各合龙段和跨中区域,沿横截面方向呈中间密两侧疏分布。主要产生原因:顶板跨中抵抗弯矩不足或砼收缩。产生的主要原因可能有:未采用横向预应力筋或横向预应力筋损失过大;顺桥向永存预应力过大;温差应力估计不足;施工阶段

7、顶板钢筋安装位置偏差大(如导致保护层厚度偏大;砼品质差和养护不到位引起的砼收缩等。主要防治措施:(1根据计算合理设置横向预应力筋,并保证其张拉应力;(2全预应力结构中,最小压应力储备要控制最大值,改正压应力储备越大越好的观点;(3我国桥梁设计规范中温差应力的计算结果与实际情况相比是偏小的,可参考英国和新西兰的的温度模式;(4施工时,严格控制钢筋安装误差和由于工人踩踏引起的钢筋位置误差;(5为减小砼塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实。1.5翼缘板根部的纵向裂缝主要表现特征:主要出现在上翼缘与腹板交界处,开始沿桥纵向扩展,后来有可能引发腹剪斜裂缝。:局部抗力

8、不足或砼收缩。上翼缘与腹板交界处产生了较大的拉应力,属荷载作用下的“框架效应”;在砼浇筑时,粗细骨料分离严重,产生量级很大的砼塑性收缩。主要防治措施:(1规范施工,使两侧腹板成型尺寸和砼质量相差不大;(2控制偏载现象;(3为减小砼塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。1.6翼缘板底面的横向裂缝主要表现特征:主要出现在负弯矩较大的墩顶至1/3跨区域的翼缘板底面,少数在跨中的翼缘板底面,越靠近支点截面越密;呈横桥向发展,基本与箱梁中心线垂直。主要产生原因:翼缘板截面抵抗弯矩不足。引起的原因可能有:(1翼板纵向应力计算偏于不安全;(2未考

9、虑剪力滞作用:此裂缝通常分布在支点至1/3跨径范围内,越靠近支点的截面越严重,裂缝出现均从翼缘板下缘开始;(3外部荷载偏大;(4温度变形、砼收缩和不均匀沉降。主要防治措施:(1合理选择计算模型,特别是要详细考虑剪力滞计算中有效宽度和剪滞系数的取值问题;(2根据计算结果,合理设置墩顶区域的纵向钢筋;(3严格控制施工的临时荷载;(4允许结构由于温度变化、砼收缩和不均匀沉降引起的一定的变形,不产生偏大的约束应力。1.7预应力张拉槽口处外侧腹板的裂缝主要表现特征:一般分布在槽口处外侧腹板,沿竖向扩展至翼缘板和底板。主要产生原因:局部应力过大。张拉的槽口锚固束产生的局部应力太大,而通长束在槽口处产生的压

10、应力太小;由于张拉的需要,槽口处腹板的箍筋可能被切断;张拉槽口沿腹板纵向局部加强钢筋配筋量太少;张拉槽口间距太小。主要防治措施:(1根据不同工况,验算槽口局部应力;(2采用有效的构造措施:加密、加大槽口附近箍筋直径并采用闭合箍筋;加厚槽口处一定范围内腹板的厚度;加大张拉槽口沿腹板纵向的钢筋配筋量;用型钢局部加强槽口;(3采取合理的张拉顺序,以减小局部应力的危害。2结论预应力混凝土箱梁裂缝的成因比较复杂,往往是多种因素综合作用的结果。归结起来总的来说有以下三个主要原因:(1计算理论的不完善,如温度影响(包括水化热、剪力滞及三向应力的计算等;(2设计勘测和模型计算与实际情况相差较大,如基础的不均匀

11、沉降和温度应力等;(3施工不规范,如混凝土配合比不合理、钢筋位置偏差及预应力损失等问题。综上所述,只要把好设计、监理及施工各方面的技术和管理关,预应力混凝土连续箱梁的裂缝问题是可以得到有效的控制和消除的。参考文献:1楼庄鸿.论预应力混凝土梁桥的裂缝J .公路交通科技,2000.12.2何海.变高度预应力混凝土箱梁桥底板纵向裂缝成因分析及防治J .中南公路工程,2001.9.3彭向荣.变截面预应力混凝土箱梁底板纵向裂缝的防治措施J .中南公路工程,1999.12.4荣劲松.高强固接条件下钢筋混凝土连续箱梁大翼缘板裂缝的分析及处理措施J .水运工程,2001.8.5李海军,李军.连续梁桥预应力箱梁

12、腹板裂缝成因浅析J .华东公路,2000.6.6陆洲导,陈永秀.某钢筋混凝土变截面连续箱梁桥腹板裂缝原因分析及处理方法J .工业建筑,2002.32.7周国详,张晓东.预应力箱梁外侧腹板张拉槽口裂缝分析及预防措施J .铁道建筑,2002.6.8斯世华,马文彬,占江华.预应力砼连续箱梁裂缝成因及其预防措施J .交通科技,2000.10.9李江山.预应力连续箱梁设计应注意的问题J .公路,2002.2.10彭卫,施颖,张新军.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝控制J .混凝土,2002.5.11姜钟杰.预应力混凝土连续箱梁合龙段梁底裂缝产生的原因及其整治J .铁道建筑,2001.10.12杨晓玲,陈湘林.

13、箱梁腹板开裂与竖向预应力质量的探讨J .湖南交通科技,2001.3.Causes and Prevention of Main Cracks in Pre -stressed Concrete Continuous Box G irdersJ IAN G Dong -lei 1,YIN G Guo -gang 2(1.Ningbo College ,Ningbo ,Zhejiang ,315016;2.Ningbo Communication Works Quality Supervision Station ,Ningbo ,Zhejiang ,315040Abstract :The cracks in pre -stressed concrete continuous box girder have been a long -time concern for the exper