混凝土箱桥梁防开裂技术

混凝土箱桥梁防开裂技术第一页，共三十七页，编辑于2023年，星期一主要内容1、预应力混凝土箱梁桥的发展概况2、常见预应力混凝土箱梁桥裂缝3、防止开裂的措施4、竖向预应力在大跨度混凝土箱梁桥的作用与研究5、竖向预应力检测技术简介第二页，共三十七页，编辑于2023年，星期一一、预应力混凝土箱梁桥的发展概况1、预应力混凝土箱梁桥的特点

预应力混凝土连续（刚构）箱梁桥结构体系具有结构刚度大、行车平顺、伸缩缝少、养护费用低、适用于多种跨度等优点。自20世纪70年代以来，预应力混凝土箱梁桥已成为高速公路大中跨径混凝土桥梁设计的首选。在三向预应力技术和箱梁截面形式相结合后，随着施工方法不断改进和计算技术的发展，此类结构跨度和箱室宽度也不断增加，截面趋于单箱单室、大挑悬臂形式2、预应力混凝土箱梁桥存在的问题有关这类桥开裂的报告不断增加，甚至认为“无箱不裂”，有的桥梁在修建过程中就开始出现规范不允许的裂缝，其中以腹板裂缝最为普遍。

第三页，共三十七页，编辑于2023年，星期一二、常见箱梁裂缝与产生原因分析1、腹板斜裂缝

这类裂缝最为常见,产生的主要原因是腹板主拉应力过大,可能是由于竖向预应力失效和纵向预应力筋弯起不够,剪应力过大导致主拉应力增加引起开裂,同时有可能设计方面也存在纵向预应力布置不合理等边跨中跨裂缝裂缝第四页，共三十七页，编辑于2023年，星期一2、腹板上角的水平裂缝裂缝P产生裂缝的位置产生的原因:箱梁截面在偏载作用下,截面畸变,在角点位置的局部拉应力偏大.主要是倒角过大,或倒角没有达到设计要求.同时存在设计对畸变应力认识不足的情况.温度应力等截面畸变第五页，共三十七页，编辑于2023年，星期一3、腹板斜裂缝与水平裂缝共同存在斜裂缝与水平裂缝中跨边跨产生的原因:箱梁截面畸变引起的局部拉应力偏大与中性轴附近的剪应力过大导致主拉应力偏大同时存在.第六页，共三十七页，编辑于2023年，星期一4、箱梁顶、底板纵向裂缝产生的原因：1）横向预应力张拉达不到设计要求；2）箱梁设计跨度过大3）温度应力或养护的问题4）畸变应力裂缝第七页，共三十七页，编辑于2023年，星期一5、横隔板裂缝与人行孔放射性裂缝6、预应力锚固齿板附近的裂缝裂缝放射性裂缝裂缝第八页，共三十七页，编辑于2023年，星期一7、腹板内沿纵向筋方向的裂缝纵向预应力筋沿纵向筋的裂缝裂缝产生的部位一般在纵向预应力筋的弯起段产生的原因：弯起段的压应力引起的劈裂裂缝，深度不会太大（跑模使腹板变薄，弯起角度与曲线不符合设计要求），可以在起弯部分垂直布置分布钢筋。局部分布钢筋第九页，共三十七页，编辑于2023年，星期一9、合龙段箱梁顶底板的纵向裂缝产生的原因：刚性连接设计不合理合龙温度不当合龙段张拉预应力顺序不当10、施工阶段尺寸变化处的裂缝主要是水化热产生的裂缝，由于养护不当引起的。11、连续刚构桥在梁墩连接部位、墩承台连接部位的裂缝合龙段预顶力不当，合理优化预顶力可以避免（一般由施工监控单位进行复核计算）第十页，共三十七页，编辑于2023年，星期一12、后期索张拉过程中底板纵向裂缝或底板剥落危害最大，使桥梁产生硬伤，甚至不能交付使用产生的原因：纵向预应力张拉时会产生径向力。合理设置抗崩钢筋，一般在20cm左右，并且与上下层钢筋形成整体，施工单位和监理单位应特别给予关注。径向力第十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期一13、徐变对开裂的影响及预拱度设置14、高墩日照对墩身开裂影响第十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期一一）、竖向预应力的发展1）使用的目的：减少和控制腹板主拉应力、防止开裂，在箱梁腹板设置竖向预应力筋成为设计的重要内容2）国外发展情况：国外60-70年代就开始应用粗钢筋作为竖向预应力钢筋：德国1965年建成的Bendorf桥，美国1979年建成的Kenducky河桥和1984建成的Huston运河桥，日本1972年建成浦户大桥及澳大利亚1984年建成的Gateway桥等四、竖向预应力在大跨度混凝土箱梁桥的作用与研究第十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期一3）国内发展情况：

我国首座采用三向预应力的大跨径预应力混凝土箱梁桥是1968年建造的广西柳州大桥（主跨124mT构桥）

冷拉Ⅳ钢筋强度低、松驰大、锚具（扎丝锚）回缩量大、预应力损失大，并没有取得控制腹板主拉应力、防止腹板开裂的预期效果高强精轧螺纹钢筋的发展，它是20世纪70年代先由国外发展起来的新品种。由于它连接不受焊接约束，锚固方便，施工简单，强度高，低松驰

1981年建成的湖北襄樊长虹大桥，1985年建成的广东洛溪大桥第十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期一二）竖向预应力效果分析

施加了竖向预应力，许多混凝土箱梁桥在腹板中还是存在不同程度的开裂现象，尤其在大跨度的腹板比较明显竖向预应力损失过大或失效，是导致混凝土箱梁桥腹板开裂、没有达到设计目标的主要原因之一引起竖向预应力失效主要原因：初始张拉力不够，其次锚垫板与竖向预应力筋不垂直度过大，压浆不饱满或没有压浆。没有检测手段检测竖向预应力筋的张拉力是导致工人张拉时随意性的主要原因。第十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期一三）竖向预应力失效的问题引起关注设计方面：

改善竖向预应力筋布置方式，合理确定竖向预应力筋与横向筋、纵向筋的张拉顺序工程界：

超张拉、滞后张拉、二次张拉（美国桥规建议采用二次张拉和超张拉工艺）、真空压浆、对精轧螺纹钢筋加上附加扭力、采用无粘结预应力筋

相关学者的研究：

如预加力扩散角和预压力空白区的影响、弹性压缩损失、张拉力与拧紧锚具螺母力矩的关系

第十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期一四）竖向预应力研究1、竖向预应力在腹板中应力分布规律2、竖向预应力张拉方式对腹板应力分布的影响3、竖向预应力孔道及压浆饱满度对腹板截面抗剪性能的影响作用4、竖向预应力损失5、提高竖向预应力作用效果的主要途径及检测手段探索第十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期一1、竖向预应力在腹板中应力分布规律

⑴竖向预应力在腹板中产生的压应力呈正态分布，在预应力作用线处最大，并向两侧逐渐扩散，在两侧较远处出现数值较小的竖向拉应力。⑵在腹板高度偏离中性轴后，竖向应力扩散的范围逐渐的缩小，相应在作用线处的压应力却逐渐的增大。第十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期一现场竖向预应力分布规律测试第十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期一2、竖向预应力张拉方式对腹板应力分布的影响

张拉方式：一次张拉、分段张拉、滞后张拉

第二十页，共三十七页，编辑于2023年，星期一

分段张拉竖向正应力云图“应力空白区”施工接缝处施工接缝处

滞后张拉竖向正应力云图

研究表明：滞后张拉是减少施工接缝应力空白区的有效手段第二十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期一3、竖向预应力孔道及压浆饱满度对腹板截面抗剪性能的影响作用

研究人员对钱江三桥竖向预应力筋的压浆质量做过随机抽检，从抽检了35根竖向预应力筋，结果表明：无浆占71.42％；不饱满占11.42％；开孔流水的占40％。当竖向预应力筋存在压浆不饱满或未压浆的情况，预留孔道削弱抗剪截面（包括纵向拉、压应力引起的应力集中）会使主拉应力增加，存在着有可能达不到设计目标的情况。很明显，设计工程师并没有考虑道灌浆不饱满及未灌浆的问题对腹板抗剪截面的削弱对主拉应力值的影响

第二十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期一第二十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期一室内模型试验第二十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期一研究结论:竖向预应力孔道在漏灌浆的情况下，会明显引起腹板的主拉应力增加，降低了竖向预应力使用效果，在荷载作用下会提前出现斜裂缝，并会在漏灌浆的预应力孔道加速裂缝发育。漏灌浆的预应力孔道必将影响桥梁的耐久性。

施工单位和监理单位应该对竖向预应力孔道灌浆引起高度重视。

第二十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期一4、竖向预应力回缩瞬时损失

一次张拉钢筋与螺母相对滑移量二次张拉钢筋与螺母相对滑移量竖向预应力张拉方式：一次张拉，二次张拉结论：现场和室内试验均表明一次张拉和二次张拉的瞬时损失并没有明显区别，大至均在10%左右，与规范计算接近。为了减少施工工序建议采用一次张拉。第二十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期一5、锚具垂直度对竖向预应力回缩瞬时损失影响

锚具安装偏角造成预应力损失示意图

锚具安装偏角造成张拉后钢筋弯曲锚具安装偏角造成预应力损失率第二十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期一第二十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期一

桥名样本数最大角度平均值标准差赤山大桥48082.6481.4242永胜特大桥4247.622.3311.3253吉昌特大桥2966.222.5801.3054沙尾特大桥3907.562.3121.1955容南特大桥2516.482.3061.2316西海特大桥3747.412.0851.184平均3697.222.3771.277第二十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期一公路工程结构可靠度设计统一标准规定公路特大桥梁结构构件的安全等级宜与整体结构相同采用安全等级一级，即可靠度=95％。通过统计，样本空间数据分布的平均值数值较大，达4.72°，最大值5.28°总体分布小于3°的概率=0.741，满足可靠度0.95的角度=4.75°，实测表明：体现了竖向预应力钢筋锚垫板安装的施工质量不高，缺乏有效的施工手段，没有将锚垫板安装纳入施工监控体系、缺乏质量评定标准的现况。明显地，若以锚垫板安装倾角4.75°计算预应力损失比规范值偏大。应引起施工单位、监理单位和业主单位的重视

第三十页，共三十七页，编辑于2023年，星期一在竖向预应力筋锚下安装了测力传感器，常张高速公路沅水大桥通车后（2005年12月26日通车）至今仍在利用进行无线传输测试竖向预应力筋张拉力（目前已达三年多）

6、竖向预应力长期损失

第三十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期一长期测试表明：

1）预应力筋张拉后7天，预应力损失分别占总损失（800天）的70%左右，后期竖向预应力值基本不发生变化。800天竖向预应力长期损失达到其初始张拉应力14﹪。

2）张拉在混凝土浇筑完成40天后进行的，孔道灌注砂浆时水泥的水化热对竖向预应力损失影响很小。

3）从数据来看，行车并未使预应力损失出现跳跃或异常增长，说明竖向预应力螺母不会因汽车动载而松动。

4）导致竖向应力失效并不是长期损失造成的第三十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期一1）施工应采用滞后张拉，一般滞后一个梁段可满足设计要求；2）缩瞬时回缩损失占10%左右，一次张拉和二次张拉没胡本质的区别。长期损失占5%左右，竖向预应力失效不是长期损失造成的；3）锚垫板安装质量对竖向预应力损失有较大影响，但通过施工质量措施是可以减小误差的。4）竖向预应力孔道灌浆应加强质量控制；5