预制空心板梁产生裂缝的与控制

预制空心板梁产生裂缝的分析与控制1前言预制空心板梁是公路桥梁的上部构造应用较为广泛的结构形式之一，这种板梁施工简单、安装方便、成本低廉，深受建设单位的欢迎。在江西省新建的南昌到瑞金公路（南城——隘岭段）桥梁设计中尤为明显。该公路几乎所有的桥梁上部构造均采用空心板梁，小桥为普通空心板梁，大中桥及单孔跨径10m以上者均为预应力空心板梁。施工过程中发现，该项目各标段中20m跨度以上的空心板梁都不同程度地出现了跨中截面的横向裂缝。从使用情况看，尽管当时横向裂缝不影响梁体的受力性能，但因裂缝处钢筋长时间外露，极易受到腐蚀，降低结构的承载能力与耐久性，对板梁的使用寿命有影响，虽然采用了化学灌浆或其他修补的措施予以处理，终究费工、费时，效果也不很理想。文中就其产生的原因及施工中如何控制提出几点看法。2裂缝产生的原因分析经检查，裂缝均出现在空心板梁灌注完成3d后至施加预应力前，垂直于梁长方向，位于板梁跨中。裂缝一旦出现，随着时间的推移呈发展趋势。裂缝首先形成于腹板，上下延伸至倒角后向顶板发展，两侧逐渐连通，情况严重的会贯穿整个横断面，形成通缝。经过对全线开裂空心板梁的具体情况进行认真的分析研究，笔者认为造成裂缝的原因主要有以下几个方面。2.1水泥水化热引起的温度应力和温差变形水泥水化产生的水化热使砼内部温度升高。据测，砼灌注后1-3d放出的热量为总释放热量的一半，灌注后3-6d砼内部温度达到最高值,可达60～70℃以上。砼等级越高,所用的水泥量越多，所产生的水化热量也就越大，此时即会产生温度应力和温差变形，当温度应力超过砼的约束力时,砼即产生裂缝。2.2环境温度的影响砼的内部温度是由多方面决定的，除水泥水化热产生的绝热温度外，还与砼的入模温度（即浇筑温度）和散热热量损失有关。气温的昼夜变化对砼的影响也很大，白天气温高，使砼内部的热量不易散出，造成其本身的温度很高；夜间气温降低，与砼之间形成很大的温差，昼夜温差越大，砼产生的温度应力就越大，梁体预制期间，该地区最大昼夜温差达12℃，一周内最大温差达25℃。由于砼的导热性能差，浇注初期其强度和弹性模量都很低，对温度变化引起的变形约束不明显，随着龄期的增长，砼强度和弹性模量都得以提高，对砼变形的约束则越来越大，以至产生很大的拉应力，当砼抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂纹。2.3砼收缩变形砼中的水分有20%是水泥水化所必需的，其余80%要蒸发掉。最初失去的30%水分为砼中的自由水，几乎不会引起砼的收缩，但随着水分的继续蒸发，使20%的吸附水逸出，砼就会产生干缩。砼表面与外界接触面大，水分蒸发快，干燥收缩也快，相反，内部干燥收缩慢，在砼表面就会产生裂缝。砼的热量散失会引起冷缩。其内部各点与砼表面热量散失程度不同，冷缩程度也不一样，相互牵制，再加上底模的影响，使其冷缩受到限制，这种限制达到一定程度即导致砼开裂。2.4地基的沉陷规范要求，预制场地应具备足够的强度，刚度和稳定性，并做好台座地基的防水、排水设施以防沉陷；在荷载作用下，台座顶面变形不应大于2mm。如果沿板梁长度方向的地基压实度相同，地基土均质，应力、应变基本一致，则对板梁不会造成大的影响。如果沿板梁梁长方向地基压实度不同，在荷载作用下产生不均匀沉降，就会使板梁体局部产生应力集中，使梁长方向的应力及应变有较大差异，从而产生裂缝，严重者会产生错动。实际施工中，很难使新填筑的地基达到压实度相同这一理想状态，由此产生的应力也是难以避免的。2.5内外约束条件的影响砼因温度变化产生的变形受到不同的约束。如：梁体浇筑完成后，与底模的隔离效果会产生不同程度的粘结力、磨擦力；温度变化时，梁体爱到底模的限制即产生外部约束力。在砼早期升温时，其膨胀变形受到外部约束形成压应力，由于此时砼的弹性模量较小，应变的松弛度大，砼与底模的粘结不牢，所以产生的压应力小，随着时间的推移，砼的弹性模量增大，与底模的粘结逐步牢固，当其温度下降时，砼的冷缩变形产生较大的拉应力，此拉应力一旦超过砼的抗拉强度，梁体即出现垂直裂缝。滔另外，砼内部客的钢筋对其变派形也有约束作挎用，主要表现百为磨擦力和咬它合力（圆钢筋刊以磨擦力为主薯，螺纹钢筋以守咬合力为主）语，当底模对梁详体砼的约束力刺超过砼的抗拉含强度和钢筋的射约束作用时，剥梁体就会出现逮裂缝。群3团达施工控制及采旧取措施标板梁裂缝的产词生是由多方面亿的原因引起的填，因此防止和飞控制裂缝产生督和发展的措施卸也应多角度考电虑。膀3.1劲降低砼的浇注摔温度迹砼内部的最高今温度值可用下跨式进行计算。路T乔max季=T乞0糟+Q/10链式中贵：坚T母0劈—仆浇注温度（或们入模温度）掏Q肉—抚每丰m宣3源砼的水泥用量页可见，砼内部请温度与浇注温言度有很大关系付。应尽量避免巩在气温较高时英浇注砼，必要房时采用原材料罢预冷、洒水降喝温或在温度较余低时浇注施工肤，降低砼内部灵温度进而减小派温差应力。蝇3.2生改善砼浇注与杠养护条件胳砼浇注分层进侍行，每层厚度奶控制在概30订cm伯以内，且浇注蝇速度不能过快烂，以利其热量济的散发，保持神温度均匀。讨砼浇注南完营3震h潮后需覆盖并洒扁水养护，这样盖可避免早期受越太阳直接照射进，晴天能降温衔保湿，夜间、有冷天时又能保渗持砼表面的温事度，起到减小园内外温差的作迁用。板梁内模常拆除后将两端贯封堵，在内芯蛋装水养护。注民意不能封死，乏以利于内部降宫温。哲不宜过量直接流用冷水洒水养制护，因为过量坑洒水可能引起和梁体内温差加幻大，导致温度肌应力过大而产煎生开裂，砼的角最大内外温差春以不超过思2承0克℃掩为宜，较大时贱也不应超过颤2邀8袋℃呀。3.3拆模页砼模板的拆除苦除考虑强度外社，还要考虑气阁温等其它因素歌的影响，拆模诞时砼内外的温誓差不能太大，失一般应以气温第与砼表面、砼羊表面与其内部斑的温差的总和披小于鲁2雄0画℃腹为原则，拆模腥后需继续保持胞养护。井3.4蔬选择合理的砼绸配合比蛇在满足设计强凶度及施工技术遭规范要求的前伍提下，砼配合创比应尽量减少池水泥用量，以质降低水泥水化国热。该公路个攻别标撞段刑C4译0蚊砼水泥用量为拘520和kg晨/m见3就，假设当时砼蒸入模温度为驴2槐5循℃算。则：长根据公趋式烦T辨max鼓=T养0狐+Q/10嚷得砼内部温膀度太T犬max节1档=25+52院0/10=啦7唉7叨℃秘一般情况下，钟水泥用量为饱430答kg以/m完3汉得悲T原max增2霉=25+43察0/10=劲6薯8尾℃套∴嚷△医T=T苦漆max1周-T缎max巾2裂=77-68盼=辽9置℃蒜由于水泥用量零的差别，致使负两种配合比下体砼内外温差加叔大拨9团℃凯，人为地增大顽了温度应力。贺为此，砼的骨墨料宜选用二级眼配或三级配，挪并将砂、石的蔑含泥量严格控丸制邪在四3就%刺和乞1姥%嘉以内。砼试配福及原材料选用责时应加强注意杏。蜡3.5歼使用外加剂外在砼中使用外助加剂的目的是司为了改变砼的仓配合比，降低富水灰比和减少故水泥用量。目置前市场上有关栽的砼外加剂品景种繁多、规格料不一，在使用吵时对其品种及赚掺量须经试验视分析比较后确黄定。外加剂中恩不能含有膨胀秧剂成分，因为伤早期膨胀所产钱生的应力被砼廊早期的蠕变松开弛效应所削弱拜，而后期的收伟缩仍可引起较峡大的应力，能扩量释放时会使滨梁体产生较大屿的裂缝。云另外，从经济板效益角度考虑民，加入微量外搁加剂可使砼的兴水泥用量大幅家度下降，大大丝减小成本，提验高施工生产的霞经济效益。痒3.6糊改善约束条件赢外界约束条件价是造成梁体开丑裂的主要原因妇。如何改善内蹦部约束条件以轿抵消外界约束荐，是控制开裂峡的关键。合理址配筋、局部补衣强，增加内部炒约束力、改变御结构受力状态愈、提高底模隔学离效果等，都伐是切实可行的惜措施。点鸣合理配筋哨预应力钢筋砼磁空心板梁中，接由于主要的荷狗载是由钢铰线烛或其它预应力婚筋承受的，普慈通钢筋只作为零构造筋使用，型在数量和规格桨上翼“朱优病化满”奖程度严重。这蝶就使得施加预享应力前钢筋对尚砼的约束力很选小，不能有效窝消除砼内各种餐因素形成的应撞力，导致开裂笑。在板梁设计奇时，应充分考律虑施加预应力引前普通钢筋对呈砼的约束作用门是否满足要求鼓，钢筋配置是驳否合理。棉不局部补强冈梁体裂缝均出妇现于跨中，这句是由于应力叠鹰加后在跨中形侦成的应力最大形的缘故造成的柄，可通过加大约该截面处钢筋语对砼的约束来截解决。施工中立，可于跨中盆3偷m加范围内增加数笨根直径稍大的零纵向螺纹钢筋惨。美任提高底模隔离掏效果奶采用有效的隔泻离方式，使板咳梁和底模砼完母全隔离，尽量瞧避免板梁砼和愚底模砼粘结在渡一起，减小外委界对梁体砼的渡约束。奋救尽快施加预应悦力险预应力属于装搭配应力，它是阀外部荷载作用宵之前已存在于懒构件内部的一参种初应力，它挤的存在可以有吴效地削弱甚至洋抵消作用于梁狐体的其他应力喊，减小对构件谦的约束。它能堵从根本上解决贱裂缝的产生和剪发展问题或者认说不能使构件趟发生裂缝。荒在砼浇注完成鸣，其强度能够礼满足施加预应挡力时就应及时福张拉。除设计厚特别要求之外千，砼强度达设颗计标勤号偿70顿%拦时就可施加预腿应力，及时增法大钢筋对砼的舞约束力，将裂逐缝的产生和发糟展控制到最小揪程度，或使其微不产生裂缝。许实际施工操作姿中，除采用固敌定底座倒梁法岗生产外，大多拢数施工单位都你采用一次性底民模，预制板梁胞批量生产结束毁，等其最后一遗片梁满足强度菠要求，或遇有专其他情况停留蚊较长时间后，芝才施加预应力裤，这样就使得止先前生产的板舍梁在张拉前有蔬一段较长的时盾间，为板梁应政力的释放和裂杨缝的产生、发涝展提供了时机论。睛另外，通过增蜻加腹板厚度、绘加大受力面积拾，进而减小构谣件砼所承受的垂内外应力，也尽是防止裂缝产第生和发展的有愉效途径之一。饶3.7驰控制地基的压盲实度魄制梁场地的压丰实度必须达炭到凯100吗%虫，施工前应对炊其压实度及土营质情况进行详畏细的检测，避掉免设于膨胀土伐、软土等不良解土质上，难于运避免必须设于御不良土质地段弄的要进行土质介改良换填，然蜂后分层碾压密蜂实，由试验检溉测其压实度合妨格后方可使用小。检测地点宜帽取在梁体位置橡，取样间距以脆梁体长度范围柄内每隔明3弯m剧垄取一点进行测栏试为宜。同一屑梁场应处于同谱一种土质上。4结束语取裂缝出现之后脂，个别标段当弊即停止了该种主预应力空心板倚梁的生产，经跳过一段长时间裹的分析研究