第一篇：探析预应力混凝土箱梁裂缝成因
探析预应力混凝土箱梁裂缝成因
更新时间 2010-2-7 10:45:32 打印此文 点击数
摘要：随着混凝土箱梁结构在桥梁设计中的不断推广和应用，该桥型在施工和使用过程中已出现了许多裂缝，本文通过阅读大量的文献和资料，总结了混凝土箱梁裂缝产生的原因。
关键词：预应力；混凝土箱梁；裂缝
1使用混凝土箱梁的优点
在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中，当跨度超过40m后，横截面大多采用箱形截面。其主要优点是：
①箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，截面效率指标较T形截面高，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性。②顶板和底板面积较大，能有效地承担正负弯矩，并能满足配筋的需要，适应具有正负弯矩的结构，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。③适应现代化施工方法的要求。④承重结构和传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高并适合预应力混凝土结构的空间布束，因此具有较好的经济性。⑤对于宽桥，由于抗扭刚度大，内力分布比较均匀，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布。⑥适合于修建曲线桥，并具有较大的适应性。⑦能很好适应布置管线等设施。在设计上，箱形截面可极大地发挥预应力地效用。可提供很大地混凝土面积用于预应力束地通过，更关键地是可提供较大地截面高度，使预应力束有较大的力臂。因此，桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点，顶底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合的空间曲线，集中锚固在腹板顶部的承托中（或锚固在腹板中），底板钢束尽可能靠近腹板加厚板（齿板）并在其上锚固。2预应力连续箱梁裂缝的产因
预应力连续箱梁的裂缝类型主要有：边跨斜裂缝，边跨水平裂缝，中跨斜裂缝，中跨水平裂缝，边跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，中跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，底板、顶板纵向裂缝，底板、顶板横向裂缝、箱梁横隔板的放射性裂缝，预应力锚固部位齿板附近裂缝。
预应力混凝土连续箱梁裂缝从成因角度可分为：由荷载效应（如弯矩、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂缝、由外加变形或约束引起的裂缝，主要包括“基岩效应”、地基不均匀沉降、混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂缝、预加力次效应引起的裂缝、建材原因引起的裂缝。
根据裂缝产生部位的不同我们可将其分为：翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝两种。①翼缘板横向裂缝一般发生在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板处，横向裂缝一般均发生在跨中底板翼缘。对于连续箱梁，横向裂缝还发生在支座负弯矩处的顶板翼缘，并且大部分出现在距支点1/3跨径范围以内，越靠近支点裂缝越严重，对于该类型裂缝，主要有以下原因引起，首先，设计时翼缘板有效分布宽度考虑不足，薄壁箱梁翼缘板有效分布宽度问题实际上就是剪力滞问题，由于理论计算剪力滞效应较为繁琐，不适于工程应用，各国普遍采用有效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不足或计算值安全储备较低，在一些特殊荷载工况下容易发生应力过度集中，腹板处翼缘应力波峰超过允许值，因而首先在该处发生横向裂缝。在多年反复荷载的作用下，裂缝横向发展，向翼缘板中部扩展，以至于形成横向通缝。对于薄壁箱梁桥的翼缘板横向裂缝，病害原因多归于此。其次，混凝土徐变引起横向裂缝，在长期荷载作用下，受混凝土徐变影响，箱梁在运营6年～7年后跨中均有不同程度的下挠现象。较大的形变引起箱梁应力重分布，给结构带来附加被动应力。由于结构所受到的外荷载不变，各截面应力增加是由附加弯矩不断变化引起的，附加弯矩随时间不断增加，直到混凝土徐变停滞为止。同时，预应力松弛也会引起横向裂缝，对于预应力混凝土结构，箱梁内部预应力对结构应力状态有较大的影响，随着桥梁运营时间的增长，预应力钢束发生松弛效应，并且越来越明显。在现代施工中一般采用低松弛钢绞线材料，并且规范张拉工艺，但在具体操作中难免会出现与规范不相吻合的情况，力筋长期持荷加之混凝土收缩徐变影响，预应力损失也是相当严重的。同时，选用钢筋不合理也会引起横向裂缝，对于普通钢筋混凝土箱梁，钢筋与混凝土的粘结力对结构的整体刚度和裂缝的扩展有较大的影响。我们应该选用表面不光滑、化学吸附作用和握裹力都较强的预应力钢筋。
②腹板斜裂缝一般发生在支点至1/4跨之间。对于预应力和非预应力箱梁，在施工阶段以及在运营阶段，腹板经常出现斜裂缝，斜裂缝同样有多种因素引起，有设计计算、设计构造配筋、施工工艺、气候条件、日常维护、荷载工况等。部分因素在导致翼缘板出现横向裂缝的同时也是腹板斜裂缝的主要原因，首先，预应力损失过大导致腹板主拉应力过大，由于纵向预应力损失的存在，部分预应力损失超过设计计算值导致截面抗弯承载力严重下降，从而产生翼缘板横向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结构，预应力损失也是腹板斜裂缝的主要病害原因，预应力损失量估计不足或者在实际张拉过程中操作不当引起应力损失量加大等情况经常发生，导致力筋的有效预应力达不到设计要求，从而腹板因主拉应力超过容许值而发生开裂。竖向预应力钢筋较短，张拉后少量的回缩即可产生较大的预应力损失，分批张拉产生的弹性压缩可以使预应力损失达11％，如果有超张拉情况，其损失率更大。悬臂对称施工时，挂篮一般后锚于竖向预应力螺纹钢上，在施工荷载的作用下，预应力损失也比较大。其次，温度梯度过大会导致腹板剪切应力过大，从而产生腹板斜裂缝。在阳光充足的地区，太阳直射桥面，因而桥面板温度急剧升高，靠近水面的底板温度较低，两者形成温度梯度。对于目前普遍采用的大跨度、变截面箱梁，随着截面高度变化幅度的增加及箱梁长度和支撑约束的增加，温度梯度应力沿梁长方向变化较快，对于气温变化较为强烈的地区，由于顶板翼缘受外界温度影响较大，随外界气温变化波动较为明显，导致腹板拉压应力交替频繁，在应力幅度变化较大的区域也容易出现斜裂缝。同时，腹板抗剪强度设计值不足也会造成腹板斜裂缝的出现。设计薄壁箱梁的首要目的是减轻结构自重，降低材料使用量，所以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。箱梁腹板面积与抗剪承载力有密切的关系，而薄壁箱梁腹板面积与普通箱梁相比是小得多得，在无预应力作用情况下，腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的条件下，其提高值亦是有限的。所以，薄壁箱梁腹板抗剪能力相对于普通混凝土箱梁较小，斜裂缝容易发生。3结语
预应力箱梁在正常使用极限状态下不应该出现梁体裂缝，但是已建预应力混凝土箱梁桥上的开裂情况却非常普遍，因此我对预应力混凝土箱梁桥典型裂缝成因进行了系统总结，望能为混凝土箱梁的设计和施工起到一定的参考价值。
参考文献：
[1]范立础,顾邦安.桥梁工程(上册)[M].北京:人民交通出版社,2004.[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.[3]杨文化.预应力混凝土连续箱梁桥腹板抗裂性研究[D].长沙:湖南大学,1999.[4]陈性凯.广州华南大桥箱梁裂缝的初步分析[J].中国市政工程,1997,(3):27-29.[5]李少波.混凝土桥梁上部结构裂缝综述[J].铁道勘测与设计,1998,(1):6-10.[6]蔡斌.连
第二篇：预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治
预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治
作者：郑世金 廖建军
时间：2009-4-15 11:24:05 来源：城市建设2月的20期
摘 要 ： 对20m预应力混凝土箱梁出现裂缝的原因分析，提出控制、处理裂缝的经验。
关键词 ： 箱梁 裂缝 分析 处治
以甬台温高速公路桥梁中的20m预应力混凝土箱梁为例，分析裂缝发生的原因提出控制、处治混凝土箱梁的裂缝的经验。
1裂缝情况及分析
裂缝是混凝土结构普遍会遇到的现象，出现裂缝的原因主要有：一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，须在结构设计时对设计荷载进行全面考虑；另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。根据调查发现，在施工过程中出现的裂缝基本上为变形裂缝，引起该类裂缝的原因主要有：（1）混凝土浇注后处于塑性阶段，由于混凝土骨料沉落及混凝土表面水分蒸发而产生裂缝。（2）混凝土凝固过程中因收缩而产生裂缝。（3）由于温度变化产生的裂缝，结构随着温度变化时受到约束，在混凝土内部产生应力，当此应力超过混凝土抗裂强度，混凝土便开裂，即产生温度裂缝。（4）施工不当产生裂缝。
从现场裂缝情况看，裂缝分布部位，裂缝方向、出现时间具有一定的规律性。裂缝都分布在跨中中横处的腹板位置，且两面对称，时间一般为拆模后两天左右。防止裂缝产生及外治措施：
2.1 由混凝土质量引起的非结构裂缝，可以采取以下防止措施：控制及改善水灰比，减少砂率，增加骨料用量，严格控制坍落度，混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，高温季节注意采取缓凝措施，避免水分急剧蒸发，混凝土振捣密实，改善现场混凝土的施工工艺，同时注意混凝土的施工防雨、养护及保温工作；结构内部布置防裂钢筋，以提高混凝土的抗裂性能；一旦裂缝出现，可以用环氧树脂、固化剂、丙酮按1：05:0.25的比例配合进行修补，将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷毛吹净,用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，在涂环氧树脂，1 贴玻璃布,以后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯硷水煮沸脱脂,用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内钢筋不受大气腐蚀,提高结构的使用寿命。
2.2由于温度应力引起的非结构裂缝，鉴于先行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对温度荷载引起的横向温度应力考虑偏小，设计时应予以重视，可以通过配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生（施工过程中作者变更了设计，在腹板加了一倍的纵向钢筋）；同时在施工时，应尽量选择温度低的时间浇注后半天（利用早、晚进行施工）。热天浇注混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热，提高混凝土的密实性和抗拉强度，并注意混凝土表面湿润，同时在腹板留通气孔，达到张拉强度及时张拉压浆。
2.3 作者在施工中对20米预应力混凝土箱梁裂缝的控制方案和已出现裂缝的处理办法是:（1）裂缝的控制方案：A、在腹板处两面对称增加通长纵向钢筋，根数为原设计的一倍。B、控制好混凝土的浇注时间和浇注时的温度，安排在早、晚或温度低的时候进行混凝土浇注。C、及时养护，并用塑料布进行覆盖，保持混凝土表面湿润。D、在腹板处每隔5米留一个通气孔，保证混凝土箱梁在拆模后通风散热，保持梁体内外温度基本一致。E、及时拆模、及时张拉，当混凝土达到拆模强度时就及时拆模，当混凝土强度达到设计张拉强度时就及时张拉压浆。（2）裂缝的处置措施：用环氧树脂、固化剂、丙酮按1:0.5:0.25的配合比进行修补。将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯硷水煮沸脱脂，能保证日后运营过程中梁体内的钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。通过以上的控制方案和防处治措施，在以后的箱梁预制过程中再没有出现裂缝，并通过对裂缝的处治也不影响梁体的正常使用。结论：
预应力混凝土箱形结构产生裂缝很常见，但可避免或减少，关键是在设计时，认真验算，合理布置构造钢筋或预应力筋，对易出现裂缝的部位，通过施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。因此，对于裂缝的问题，设计者和施工人员都应予以重视。
第三篇：20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治
20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治
[ 提要 ] 本文根据在预制20米预应力混凝土箱梁过程中发现的问题，从混凝土物理、化学及力学等角度分析，并通过施工工艺的严格控制，总结查找使预应力箱梁产生裂纹、裂缝的原因，并在实际施工中得到了很好的运用，因裂纹、裂缝影响混凝土箱梁质量外观的问题得到了很好的解决。
[关键词] 预应力箱梁 物理 化学 力学 分析 裂缝 施工工艺
一．引言
在预制20米预应力混凝土箱梁的过程中，发现预应力箱梁顶板上经常出现裂纹，端隔板、跨中中横隔板左右也有不同程度的裂缝，对箱梁外观质量产生了一定的负面影响。
为了争创优质工程，避免在以后的工程施工过程中出现危害较大的裂缝，我项目专门成立了预应力箱梁技术难题攻克小组，尽可能对混凝土箱梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以便从施工找出控制混凝土裂缝的可行办法，达到防患于未然的作用。
二、裂缝成因分析与处治
混凝土在施工过程中出现裂纹、裂缝，从根本上可分为以下几种类型：
(1)荷载裂缝：
混凝土在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
a、直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝
产生的原因有：
○1设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
○2 施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
○3 使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，但受施工人员素质，责任心，及实际操作过程不规范等因素影响，不排除因次应力产生裂缝。
采取措施：进一步规范施工程序，严格按照施工流程进行施工，杜绝不规范施工操作，控制钢筋安装尺寸误差，对施工人员进行责任，安全，素质教育。
b、次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
○1在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例
如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。
○2桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，施工过程中，没有在箱梁上施加荷载，且设计采用的是较成熟的理论，故排除了次应力产生的裂缝。
（2）温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：
○1年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁构件的纵向位移，一般可通过伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时
才会引起温度裂缝。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。
分析：因预应力箱梁的裂缝是在短期内，产生的局部小裂缝，故予以排除
○2日照。有一定面积的混凝土构件受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
分析：这里昼夜气温变化相对较大，受天气及气温影响，中午温度上升，故不排除使之产生裂缝的原因。
采取措施：混凝土施工后严格按规范进行覆盖洒水养护，中午加覆盖物，并增加洒水养护次数，以保持混凝土湿润为准。
○3另外骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当。也易使混凝土构件产生裂缝。
分析：施工过程中，没有骤然降温的情况发生，且混凝土最大厚度为25cm，不属于大体积混凝土构件，没进入冬季施工，排除其可能性。
（3）收缩引起的裂缝
在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。
○1塑性收缩。
发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。
分析及采取措施：为减小混凝土塑性收缩，施工时控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料控制速度，不宜太快，振捣密实，竖向变截面处宜分层浇筑。
○2缩水收缩（干缩）。
混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。
研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：
a、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混
凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。
b、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。
c、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。d、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。e、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。
f、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。
g、振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5~15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。
h、对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性。
根据以上研究及理论进行分析：本箱梁预制采用的水泥、骨料等
均符合设计及规范要求，故排除材料引起的裂纹的影响。
采取措施：施工过程混凝土严格按配合比搅拌，根据机械性能控制振捣时间，防止出现因振捣时间短，振捣不密实，混凝土强度不足或不均匀的现象，防止出现因振捣时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝的现象。
(4)钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
分析研究：根据箱梁顶板出现的裂缝情况，箱梁顶板有的裂缝和顶板钢筋走向一致，故，顶板裂缝的产生可能与顶板钢筋有很大的关系。
采取措施：防止钢筋锈蚀，对于锈蚀的钢筋要严格按照规范要求除去，采用足够的保护层厚度；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入。保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。
三、施工工艺的对产生裂缝的影响
施工工艺质量是引起裂缝的一个重要原因。其成因主要包括以下几个方面：
（1）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(2)混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
(3)混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。
(4)混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
(5)混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
(6)增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
(7)混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引
起裂缝。
(8)混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
(9)施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。
(10)施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
(11)施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
(12)装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；吊装时吊点位置不当，侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。
(13)钢筋加工与安装顺序不正确，对产生的后果认识不足。(14)施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。
3、综合以上各种原因，我预应力箱梁技术小组逐一排查，发现在施工过程中还存在以下问题：(1)(2)混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准。混凝土坍落度控制不准确，有时根据施工经验判断混凝土坍落度不准确。(3)
搅拌混凝土过程中，有时混凝土坍落度过大时，加入水泥
浆重新搅拌，增大了水泥用量，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加。(4)发现端隔板出现裂缝处钢筋布局不太合理。
结语
在混凝土施工过程中，混凝土的裂缝是工程施工中常见的问题，关键是在于设计时的合理以及施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。预应力混凝土箱形结构产生裂缝裂纹很常见，但由于梁是桥梁结构中一个较重要的构件，因其特殊的受力结构及重要性，施工中要尽量避免或减少，以保障桥梁的正常运营。
混凝土从施工到建成进入实际使用阶段，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。从混凝土可能出现裂缝的原因来看，可知设计疏漏、施工控制不力以及对突发事件的处理方法等，均可能使混凝土出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工，是保证结构安全耐用的前提和基础。
第四篇：预应力混凝土箱梁裂缝成因及对策研究
预应力混凝土箱梁裂缝成因及对策研究
刘燕明
中铁十七局集团第三工程有限公司，河北 石家庄 050227
摘 要：预应力混凝土箱梁有害裂缝的存在，会威胁到结构安全，降低结构的使用寿命，严重影响结构物的耐久性。文中分析了裂缝分类及产生原因，并阐述裂缝防治措施。
关键词：预应力混凝土箱梁；裂缝；成因；对策
一般情况下，混凝土结构均是带裂缝工作，但若裂缝超过限值，不仅会影响工程的外观质量，还会降低抗渗和抗冻能力，并会导致钢筋锈蚀，影响结构物的耐久性。研究混凝土箱梁裂缝类别、成因及对策，是十分必要的。预应力混凝土箱梁裂缝现象
1.1 预应力筋锚固处的裂缝
通常发生在梁端或预应力筋锚固处，裂缝比较短小。发生在梁端时多与钢丝束方向一致，在锚固处时与梁纵轴多呈30°~ 45°角。在运营初期有所发展，但不严重，以后会趋于稳定。这种裂缝主要由于端部应力集中，混凝土质量不良所致。
1.2 腹板收缩裂缝
大多在脱模后2~3天内发生，裂缝通常从上梁肋到下梁肋，整个腹板裂通，宽度一般为0.2~0.4mm，施加预应力后大多会闭合。这种裂缝多为混凝土收缩和温差所致，如极低的外界温度，混凝土未保温养生等，使应力分布不均。
1.3 悬臂梁剪切裂缝
剪切裂缝出现在腹板上，看起来近似按45°角倾斜，一般出现在支点与反弯点之间的区域。剪切裂缝产生的主要原因是：预应力不足；超载的永久荷载；二次应力；温度作用等；此外，设计中缺乏对多室箱梁腹板内剪力分布的认识，设计时未考虑横截面的实际变形，没有重复检算力筋截断处的左右截面受力情况等，也可导致此类裂缝的出现。
1.4 悬浇箱梁锚固后接缝中的裂缝
悬浇箱梁在连续力筋锚固齿板后面的底板内会产生裂缝，并有可能向着腹板扩展，裂缝与梁纵轴呈30°~45°角。产生这种裂缝的原因是由于预应力筋作用面积小，产生的局部应力过大，或者由于顶底板中力筋锚具之间水平方向错开的距离太小等。
1.5 底板裂缝
箱梁底板上发生不规则裂缝，是由于腹部与底板受力不均所致。
1.6 箱梁弯曲裂缝
混凝土抗拉能力不足，会导致箱梁弯曲裂缝的产生。在节段浇筑箱梁中，一般出现在接缝内或接缝附近，梁底裂缝可达0.1~0.2mm。弯曲裂缝一般很小，结构不受损伤，但在荷载反复作用下（汽车动力荷载及温度梯度）裂缝有可能会扩大。
1.7 连续梁弯曲裂缝
在连续梁中，正弯矩区的梁底部和负弯矩区的顶部可能发现这种裂缝。弯曲裂缝主要是由于混凝土抗拉能力不足引起的。
1.8 预应力梁下翼缘的纵向裂缝
这种裂缝为预应力梁中最严重的一种裂缝，多发生在梁端第一、二节间的下缘侧面及梁底，或腹板与下翼缘交界处，少数发生在腹板上。这种裂缝一般处于最外的一排钢丝束部位，宽度为0.05~0.1mm.。产生原因是由于下翼缘受到过高的纵向压力，保护层太薄或混凝土质量不好所致。裂缝分类
预应力混凝土箱梁裂缝大致可分为两类[1]，一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，对设计荷载进行全面考虑可以防止裂缝的产生；另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。
混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右，设计不当引起的裂缝可能占5%。结构性裂缝成因
结构性裂缝可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
3.1 直接应力裂缝
直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）设计阶段：计算模型不合理，结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够；结构计算漏项；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；结构设计时未考虑施工的可能性；设计图纸交代不清等。
（2）施工阶段：不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
（3）使用阶段：超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
3.2 直接应力裂缝力学原理分析
混凝土箱梁腹板的主拉应力公式为（拉应力为负）：
zlhxhy2hxhy422
式中，σzl为箱梁腹板的主拉应力，σhx为箱梁腹板轴向的正应力，σhy为箱梁腹板竖向的正应力，τ为箱梁腹板剪应力。
按照经典梁理论（平截面假定），箱梁腹板的σhy=0，中性轴附近剪应力最大，由上式可知，在腹板的中性轴主拉应力最大，如主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，则腹板会产生斜裂缝。对于现代大跨度混凝土箱梁桥，特别是横隔板较少的箱形梁在荷载作用下箱梁的变形并不完全符合经典梁理论平截面假定，定会出现截面畸变变形[2]。计算表明，大跨度混凝土箱梁腹板的竖向正向应力与腹板的轴向应力在同一个数量级。按照上式，计入腹板竖向正应力的影响，很明显在腹板的上缘、下缘的主拉应力容易超过有关设计规范的规定，由于板上下缘处的剪应力为0，主拉应力的方向与腹板竖向方向基本相同，所以一般在上缘产生水平裂缝。腹板竖向正应力作用同样使得在中性轴附近的主拉应力易超过规范的规定而产生斜裂缝。一般情况下有关设计院很难对箱梁畸变变形进行分析，这是导致箱梁腹板开裂的主要[3]原因之一。
箱梁顶板、底板的裂缝是由于箱梁畸变和横向弯曲产生的附加就应力导致的，按照上式计算箱梁顶的主应力，必须考虑顶板、底板的横向的正应力。由于在箱梁的顶板和底板的剪应力相对较小，所以主应力的方向大致与箱梁的顶板、底板的横向方向基本相同，那么产生的裂缝方向大致与桥轴方向平行。
3.3 次应力裂缝
次应力裂缝指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
（2）桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。
实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，一般不计算仅按常规构造，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。非结构性裂缝成因
除荷载作用外，还很多非荷载因素[4]，如混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降、塑性坍塌、冰冻、钢筋锈蚀以及碱-骨料化学反应等，均可引起裂缝。
4.1 材料原因
（1）粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大，易导致裂缝的产生；
（2）骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量越多，收缩量越大；（3）混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩；
（4）水泥品种原因：矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大；
（5）水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响越大；混凝土强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。
4.2 施工原因
（1）混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大；没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。此外，在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍；
（2）采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差；（3）盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，混凝土弹性模量尚未达到设计值便过早承受荷载；
（4）夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高；冬季施工时采取的防寒保温措施不力。
4.3 使用原因
（1）基础不均匀沉降，造成沉降裂缝；
（2）桥梁所处环境恶劣，酸、碱、盐等化学物均可引起裂缝。防治措施
5.1 结构性裂缝防治方法
（1）设计时各截面的箍筋不能仅按构造配筋，必须按腹板竖向拉应力大小进行配筋，其配筋形式应采用小直径和密集的箍筋，箍筋的保护层厚度按规范宜取下限。在采用小直径和密集箍筋配筋后如能满足要求，则完全可以取消腹板的竖向预应力配筋[5]。
（2）对于轻而薄、跨间少设或不设横隔梁的箱梁，应进行能反映箱梁畸变（或称歪扭）及横向弯曲应力的空间分析，验算施工及成桥使用阶段腹板的正截面拉应力及控制截面的主拉应力不超过规范值。
（3）由于箱梁活载的横向分布引起的扭转、畸变（或称歪扭）及横向弯曲引起造成各腹板承担的荷载分布有很大差别，横向荷载分配系数应充分考虑扭转、畸变（或称歪扭）及横向弯曲引起的增加的部分。
（4）适当合理增加构造钢筋布置，注意适当布置表面钢筋以增强混凝土防裂性能。
5.2 非结构性裂缝处理措施
5.2.1材料选择和混凝土配合比设计方面
（1）根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥[6]。
（2）选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。
（3）积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。
（4）正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。
（5）配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。
5.2.2现场操作方面
（1）浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。
（2）混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，主要是控制好构件的湿润养护。对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14~28天。
（3）混凝土的降温和保温工作：对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。
（4）避免在雨中或大风中浇灌混凝土。
（5）夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。结语
本文分析了预应力混凝土箱梁常见裂缝类型，裂缝的成因及预防裂缝产生的措施。根据笔者在京沪高铁预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工的实践表明，裂缝预防措施及处理措施是有效的，希望能够对以后类似工程起到借鉴作用。
参考文献 [1] 项贻强，唐国斌.混凝土箱梁桥开裂机理及控制[M].北京：中国水利水电出版社，2010年：38-55.[2] 吕建鸣，陈可.预应力混凝土箱梁腹板主应力分析[J].公路交通科技，2005（10）：51-55.[3] 钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究[J].工程力学，2004，（S1）：211-230.[4] 张聪.预应力混凝土连续箱梁裂缝成因分析及预防措施 [J]城市道桥与防洪，2010年第6期：182-184.[5] 施颖，郑建群.从设计层面探讨预应力砼连续箱梁桥裂缝控制 [J].重庆交通学院学报，2005，24（4）：17-20.[6] 周翰斌.预应力混凝土连续箱梁施工阶段腹板斜向裂缝探讨[J].施工技术，2007，36（3）：88-91.Research On the Reasons and Treatments of the Fratures on the Prestressed Concrete
Box Girder LIU Yan-ming CR17BG N0.3 Engineering Co.,Ltd, Hebei 050227, Shijiazhuang, China Abstract: The deleterious fratures on the prestressed concrete box girder can threaten the structure’s safety, decrease the structure’s life, and threaten the durability badly.In this article, the species and the caused reasons of the fratures are discussed in detail, and the treatments are also discussed.Key words: prestressed concrete box girder;fratures;reasons;treatments
刘燕明（1984-），男，安徽灵璧人，助理工程师，2009年毕业于安徽理工大学，工学学士。
邮箱：liuym11238@sina.cn 联系电话：（0）***
第五篇：预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析
预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析
预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析 伍 静，蒙 波（北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037）摘 要：预应力混凝土箱梁由于在受力性能方面良好，在高速桥梁互通工程中得到了良好的应用，但是由于结构受力和施工工艺的复杂性，该类型桥梁在设计和施工都存在质量较难控制等原因，造成部分桥梁在投入使用过程中箱梁底面就出现较多的横向裂缝，裂缝的大量出现严重影响了桥梁的正常使用，对结构的承载能力存在一定的影响。以一座预应力混凝土箱梁桥为例，通过对材料强度、铺装层层厚度、预应力损失、承载力评定等方面对该桥箱梁底面横向裂缝进行了分析，并对防止此类裂缝提出了改进措施，可供类似工程借鉴。关键词：公路工程；预应力混凝土；箱梁；横向裂缝；承载能力工程背景 某互通桥梁位于某高速公路，由主线桥和A、B、B1、B2、C五个匝道组成（见图1）。其中主线桥采用分离式设计，桥梁全长左幅345．0 m、右幅321．0 m，单幅桥宽12．25 m。桥面横向布置为：0．5 m（防撞护栏）＋10．75 m（行车道）＋0．5 m（防撞护栏）。桥梁上部结构均为预应力混凝土连续箱梁，截面为单箱单室。桥梁具体信息见表1。下部结构除B1匝道墩柱为钢筋混凝土单柱墩外，其它桥梁均采用钢筋混凝土双柱式桥墩，扩大基础。桥台均为重力式U型桥台，支座采用板式橡胶支座。图1 桥梁平面示意图 表1 桥梁跨径组合信息桥名 结构形式 跨径组合／m 4×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（左幅）3×25＋4×25＋（3×25＋30＋25）（右幅）A匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25＋5×25＋6×25 B匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25＋6×25 B1匝道 预应力混凝土连续箱梁 4×25＋4×25 B2匝道 预应力混凝土连续箱梁 3×25 C匝道 预应力混凝土连续箱梁主线桥 预应力混凝土连续箱梁4×23 桥面铺装采用4 cm抗滑表层＋6 cm中粒式沥青混凝土＋防水层＋5 cm水泥混凝土铺装层，并在5 cm水泥混凝土中布设钢筋网。伸缩缝均采用EM－80浅埋式伸缩缝。桥梁设计荷载为 “汽车－超20、挂车 －120”。在桥梁营运过程中，历次检测发现该桥主要存在病害及处治方法如下：（1）第一次定期检查发现该桥预应力混凝土箱梁存在较多的横桥向裂缝，主要包括底板横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板呈“L”形或“U”型，裂缝多位于跨中区域或附近、最宽 0．24 mm（见图
2、图 3）。部分裂缝初步判定为弯曲受力裂缝，对桥梁承载能力造成不利影响。根据《公路桥涵养护技术规范》［1］（JTG H11—2004），桥梁的总体技术状况等级为“三类”，处于较差状态。图2 左幅第12跨箱梁底面纵向裂缝 图3 B2匝道第2跨箱梁底面纵向裂缝 根据第一次检查结果对该桥病害进行了处治，对裂缝宽度＜0．15 mm时采用表面封闭法修补，涂刷专用环氧树脂胶进行封闭；裂缝宽度≥0．15 mm时，采用压力注浆法修补。并对部分桥跨裂缝较多的进行了粘贴碳纤维布（见图
4、图 5）［2］。图4 箱梁底面碳纤维加固 图5 箱梁腹板碳纤维加固（2）维修处治后，为进一步了解该桥裂缝修补后的发育情况，抽选了主线桥左幅第9～13跨、右幅第8、9、11跨和B2匝道桥第2、3跨进行箱梁裂缝专项检查。发现在桥梁跨中区域仍存在较多新开裂的横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板形成“L”型，裂缝宽度多在0．10 mm～0．16 mm之间，部分跨梁底碳纤维布处理后，仍在碳纤维布条间发现横向裂缝（见图6）［1］。2 现场检测结果 为进一步分析该桥裂缝产生的原因，对该桥进行了如下专项检测： 2．1 混凝土抗压强度检测 混凝土强度不足是引起结构开裂的原因之一。为准确获得结构混凝土强度，采用钻芯法对主梁混凝土强度进行检测（见图7）。根据桥梁病害情况及受力特点，本次选取主线左幅13跨右侧腹板进行钻芯取样［3］。根据钻芯法检测混凝土强度技术规程的相关要求，对所取芯样进行抗压强度检测［3］，结果见表2。图6 主线桥左幅第12跨箱梁底面裂缝分布图 图7 钻芯取样测区位置 表2 右腹板钻芯取样混凝土强度试验结果表测点 外观 破坏荷载／kN抗压强度／MPa换算值 方块值1 密实 320．5 40．8 33．7 38．7 2 密实 454．0 57．8 0．87 0．95 47．8 52．8 3 密实样芯抗压强度／MPa尺寸修正系数尺寸换算系数573．8 73．1 60．4 65．4 从试验结果来看，3个试件的推算强度值分别是 38．7 MPa、52．8 MPa和 65．4 MPa，依据《钻心法检测混凝土强度技术规程》［3］（CECS03：2007）中第3．2．5的相关规定，单个构件的混凝土最终推算强度为 38．7 MPa，小于设计强度 40．0 MPa。2．2 桥面铺装层厚度检测 桥面铺装的结构和厚度的实际状况可能与原设计存在较大的差异。为了了解各桥铺装层的实际施工厚度，为桥梁加固设计和承载能力计算提供数据支撑。对桥面铺装结构厚度采用钻芯取样的方法进行检测（见图8）。桥面铺装层钻孔位置的选取，原则上每座桥梁顺桥向选取5个断面，每个断面横桥向布置3个测点，桥梁长度较短的可适当减少，但不应少于3个断面，共计81个测点。图8 桥面厚度总偏差分布图 通过对桥面沥青铺装层厚度检测数据进行分析，本次桥面铺装层厚度81个测点中总偏差介于0 cm～3 cm居多，共计78处，占总测点的96．3%。进一步计算分析，桥面铺装实测厚度较原设计值厚约1．7 cm，从而造成箱梁跨中下缘增加0．008 MPa的拉应力。2．3 预应力损失测算 为进一步了解该预应力混凝土连续箱梁目前的应力分布状况，推断该部位受力状态，采用应力释放的方法对该桥进行恒载作用状态下的应力量测。钢筋应力释放法是指在桥梁在自重、预应力等持久荷载作用下，结构及其中的普通钢筋存在较大的应力，通过切割普通钢筋进行应力释放，则释放出的应力值就等于结构现存的应力值，由此分析结构的实际有效预应力或结构的预应力度，从而对整个结构进行评价［4］。（1）测点布置。选取主线桥左幅第13跨正弯矩控制截面进行应力测量，截面的位置示意图如图9所示。应力测点选取箱梁底板底面上层顺桥向钢筋进行试验，应力测试方向与桥梁纵轴线平行，用以测试纵向弯曲应力。图9 应力释放位置示意图（2）测试结果。采用桥梁专用有限元计算分析软件 MIDAS／Civil 2012 对结构进行建模计算［5］，通过对模型施加自重、二期恒载、预应力及收缩徐变荷载，求得结构在恒载作用下［6］的结构应力图如图10所示。图10 恒载作用下应力图 通过计算可得，箱梁底板应力释放位置恒载作用下的最大压应力值为 4．53 MPa［6］，即最大压应变ε＝139．4με。现场实测钢筋应变εg＝122με，因此主线桥有效预应力度约为88%。通过应力释放试验，此推定预应力钢束损失约为12%。考虑到该方法目前无相关规程可依，因此该测试结果仅供参考。2．4 承载能力试验 结合本桥受力特点和现场病害情况，选取左幅第3联（跨径组合为3×25 m＋30 m＋25 m）进行荷载试验，利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS／Civil计算在设计荷载（汽车－超20、挂车－120）作用下的最大内力值［7－8］，并根据测试截面（见图11）影响线进行等效加载［4－7］。图11 荷载试验测试截面位置（单位：cm）根据计算结果结合现场实际情况，试验测试工况为：工况1（第13跨最大正弯矩工况），工况1（12＃墩顶截面最大负弯矩工况），工况3（第12跨最大正弯矩工况）。试验时应变测点布置在箱梁底板及腹板，具体位置见图12，挠度测点布设在各跨跨中、墩顶及四分点位置。图12 应变测点布置示意图（单位：cm）表3 静载试验测试结果试验工况 设计内力值／（kN·m）应变 ／με 挠度试验内力值／（kN·m）加载效率／mm计算值 实测值工况1 5947 5625 0．98 69 85 －7．53 －8．77工况2 －3854 －3930 1．02 －44 －59 — —工况计算值 实测值3 5808 5755 0．99 73 87 －4．34 －6．68 通过对每个试验工况作用下的数据分析计算，桥梁试验跨主要控制测点结构校验系数均小于1，主要测点相对残余变位或相对残余应变均小于20%；但试验过程中通过对第12跨跨中截面选取的10条横向裂缝宽度的监测发现，裂缝宽度随荷载等级的增加呈现增大趋势，属于结构裂缝，对结构承载力有一定影响。3 原因分析 3．1 桥梁设计原因 根据设计图纸，以主线桥第3联为例进行计算，该联为3×25 m＋30 m＋25 m预应力混凝土连续箱梁，计算结果显示，在正常使用极限状态下，该桥30 m跨跨中下缘拉应力达3．06 MPa，已不满足部分预应力A类混凝土构件要求。即在理论计算上存在开裂的可能。现场检查中也发现，该跨跨中附近存在大量横向、L型、U型裂缝，裂缝形态与弯曲受力裂缝一致。具体可见图 13［8－15］。根据桥梁设计单位提供的计算书，30 m跨径跨中位置正常使用极限状态组合2（移动荷载作用下（汽车－超20）＋永久荷载（结构自重、预应力、混凝土收缩及徐变影响力）＋温度荷载），法向拉应力为3．39 MPa，正常使用极限状态组合3作用下（移动荷载（挂—120）＋永久荷载（结构自重、预应力）），法向拉应力为4．41 MPa，均超过了规范对A类构件的容许应力 2．34 MPa。图13 主线桥左幅第3联正常使用极限状态截面下缘正应力包络图 综上可得，桥梁在原设计状态下应力较大，存在开裂可能。同时，设计时所依据的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》［5］（JTJ 023—1985）中规定对缺少实测资料时，对温度梯度仅考虑桥面板升温5℃，与现行规范有明显差距，也是应力储备考虑不足的原因之一。3．2 桥梁施工原因（1）混凝土强度偏低：钻芯取样法的测试混凝土强度最低仅为 38．7 MPa，小于设计强度 40．0 MPa，混凝土强度偏低在一定程度上增加了开裂风险。（2）桥面铺装层偏厚：实测桥面铺装厚度明显大于设计值，从而造成箱梁跨中下缘增加了0．008 MPa左右的拉应力。（3）其它可能的原因：施工时的预应力张拉不足或存在损失（应力释放结果表明预应力钢束损失约为12%）、混凝土浇注质量差（梁体外观存在大量的蜂窝、露筋、混凝土不平整）。4 结 论（1）在设计阶段需采用不同的方法计算，在结构设计计算时采用平面分析，而在施工阶段需采用空间分析验算的结论。必要时采用实体模型对箱梁的底板下缘纵向正应力、顶板下缘横向正应力进行验算［9］。（2）施工阶段应加强对预应力损失的控制和检测，选择合理的张拉器具、规范张拉工序，做到预应力张拉值和均匀度满足规范要求。（3）当预应力混凝土箱梁底板较多横向受力裂缝时，说明该桥承载能力下降，应立即采取相应方法对结构进行补强（如粘贴钢板等方法），进一步提高结构承载能力。（4）施工阶段要严格按照规范进行施工作业，施工质量的低下是造成该桥裂缝产生的主要原因之一。参考文献： ［1］ 公路桥涵养护规范：JTG H11—2004［S］．北京：人民交通出版社，2004． ［2］ 公路桥梁加固设计规范：JGJ／T J22—2008［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［3］ 钻芯法检测混凝土强度技术规程：CECSO3：2007［S］．北京：人民交通出版社，2008． ［4］ 北京迈达斯技术有限公司．midas Civil2010分析设计原理手册［M］．北京：北京迈达斯技术有限公司． ［5］ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTJ 023—85［S］．北京：人民交通出版社，1985． ［6］ 公路桥涵设计通用规范：JTJ 021—89［S］．北京：人民交通出版社，1989． ［7］ 公路桥梁承载能力检测评定规程：JTG／T J21—2011［S］．北京：人民交通出版社，2010． ［8］ 朱汗华，陈孟冲，袁赢杰．预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治［M］．北京：人民交通出版社，2006． ［9］ 李增锋，庄一舟，程俊峰，等．横向预应力对装配整体式空心板桥纵向抗裂性能的影响［J］．水利与建筑工程学报，2017，15（3）：127-133． ［10］ 单积明，蔡 飒，伍 静．山区高速公路单向纵坡箱梁桥梁体纵向滑移分析［J］．水利与建筑工程学报，2017，15（2）：176-182． ［11］ 史慧彬．砼桥梁有效预应力检测方法试验研究［D］．西安：长安大学，2007． ［12］ 朱利明，刘 华．三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析及对策［J］．桥梁建设，2005（S1）：114-116． ［13］ 叶 俊，吴小军．预应力混凝土连续箱梁跨中横向裂缝原因分析［J］．公路交通科技（应用技术版），2012（12）：243-244． ［14］ 张兆宁，贺拴海，赵 煜．底板横向裂缝对箱梁强度及刚度影响模拟分析［J］．郑州大学学报（工学版），2011，32（6）：18-21． ［15］ 谭 竣．预应力混凝土连续箱梁桥的顶板力学性能研究［J］．中外公路，2009，29（5）：131-134．
Analysis of Lateral Cracks on the Bottom of Prestressed Concrete Bridge Box Girder WU Jing，MENG Bo（Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Co．，Ltd．，Beijing 100037，China）Abstract：Due to good mechanical behavior，the prestressed concrete box girder has been applied rapidly in the highspeed bridge interchange project，however because of the complexity of the structure stress and the construction technology，difficult in quality control and other reasons exist in the design and construction，there are a large number of surface cracks in part of the bridge in use，which seriously affect the normal use of the bridge，there is impacts on the bearing capacity of the structure for sure．In this paper a prestressed concrete box girder bridge is taken as an example，based on the strength of materials，pavement layers thickness，prestress loss，bearing capacity evaluation and other aspects of the box girder bottom surface transverse cracks are analyzed to prevent such cracks，improving measures are also proposed which can provide reference for similar engineering． Keywords：highway engineering；prestressed concrete；box girder；transverse crack；load-bearing capacity 中图分类号：U448．21＋3 文献标识码：A 文章编号：1672—1144（2018）01—0091—06 DOI：10．3969 ／j．issn．1672 － 1144．2018．01．016 收稿日期：2017-08-20 修稿日期：2017-09-27 作者简介：伍 静（1990—），女，四川雅安人，助理工程师，主要从事桥梁建设及加固设计。E-mail：coolsxim＠yeah．net
点击咨询 