预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施（精选）

第一篇：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施（精选）

预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

摘要:针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析和对预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝比较普遍的现状，分析了常见的裂缝形式及其成因，指出目前用于箱梁计算的平面杆系理论或空间梁格理论的局限和不足，提出用梁段单元空间分析法对箱梁进行计算;总结设计经验和教训，借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法，对预应力混凝土连续箱梁桥的构造设计提出了建议，并对容易导致裂缝的施工环节提出了具体的要求。

关键词:温度效应；裂缝；箱梁；梁段单元法；构造设计

针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算和对目前预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝问题比较普遍的现状，并考虑该问题涉及到设计、施工、监理等各个方面，因此浙江省公路局会同有关单位对该类桥梁裂缝问题做了大量调查研究工作，并对调查研究工作过程中所发现的问题进行了分析，总结出若干结论，以供设计、施工、监理等参考。

1.研究分析混凝土预制箱形梁在各施工阶段的日照温差作用下，箱梁温度梯度随时间变化在箱梁横向和箱梁截面高度方向的变化模式。

通过试验资料的整理工作，总结混凝土预制小箱梁温度场和温度梯度的特点，通过试验资料的分析，提出混凝土预制箱梁的温度梯度计算模式，并与相关规范规定的计算模式进行对比分析。

利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析，在分析研究的基础上，为设计、施工和桥梁健康评测等工作提出若干建议。

2.主要裂缝形式及其原因： 裂缝常见形态及分布如下:(1)预应力混凝土连续箱梁主要结构性裂缝均分布于距支座L/《L-跨度)附近的腹板上，约呈45。分析认为出现这种裂缝主要是由于箱梁支座附近剪应力过大，腹板抗剪强度不足，以及主拉应力方向安全储备考虑不充分等因素所致。(2)箱梁顶底板的纵向裂缝和横向裂缝。分析认为这种裂缝主要是由于梁弯曲应力和 21

板局部应力估计不足而产生。

3.设计计算理论的改进

(l)目前预应力混凝土连续箱梁桥计算软件多数按平面杆系单元编制，也有按梁格理论考虑空间计算，但它们均不能完全反映预应力混凝土连续箱梁桥结构受力特性，因此有必要按梁段单元编制空间分析程序，充分考虑箱梁畸变、剪滞、板局部弯曲、混凝土收缩徐变及温度作用，计算分析预应力混凝土连续箱梁桥极限承载力和正常使用极限状态。

例如:目前出现常规性裂缝的部分已建预应力混凝土连续箱梁桥按平面杆系单元计算其配筋和混凝土强度均满足规范要求，但按梁段单元进行空间分析校核时，发现其裂缝处主拉应力或正应力超过了规范允许值。

运用ANSYS国际标准通用有限元分析软件对省内高速公路某预应力连续箱梁大桥做了分析，并对平面与空间有限元分析的结果进行了比较，结果明显大于平面分析结果，并且平面分析的第一主应力均为绝对值较小的压应力，而空间分析结果均为拉应力。可见，虽然按平面分析时的计算结果都为压应力，均满足规范要求，但按空间分析得到的结果都为拉应力，且绝大部分的拉应力值超过了规范容许值.(2)应进一步深人理解高强度混凝土的力学特性，设计时必须控制好材料的拉应力和压应力。例如:对比国外桥规，我国现行桥规混凝土拉应力和压应力取值均存在不同程度的偏高口，混凝土主拉应力取值偏高约2倍，混凝土压应力取值偏高约5一20%，且活荷载取值偏低约25一30%。因此按现行桥规设计桥梁时建议适当降低混凝土使用应力和提高安全系数为妥。

(3)对混凝土的温度应力要有正确的认识，在现行桥规不尽合理的情况下，设计人员进行温度应力分析时，可以借鉴国外桥规相关规定及铁道部关于箱梁桥温度分布测试研究得出的温度梯度模式。

(4)进行预应力混凝土连续箱梁桥设计计算时，除考虑温度应力外，还应考虑混凝土徐变与收缩应力、支座沉降、荷载冲击系数和荷载应力。

(5)理论计算模型与实际结构总是存在着一定的“差异”，由此导致计算结果与结构的实际应力的误差，因此，在具体进行预应力连续箱梁桥设计时，要求结构各截面的应力应具有一定的安全储备。

4.设计构造的建议由于现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023一85)的许多内容明显滞后于当前的工程实践，有些条款实际是基于简支梁桥制定的，因此难以及时指导迅速发展的工程实践。鉴于这种情况，预应力混凝土简支箱梁桥的设计构造除应认真研究利用现行公路桥梁设计规范外，还应该结合设计经验和教训，积极借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法思想和国家 22

其他部门制定的相关标准及有关国外标准。

(1)工程类比思想—比拟法的引用：A、钢析梁桥抵抗剪力比拟法铁路上的武汉长江大桥、九江长江大桥、芜湖长江大桥均属连续钢析梁桥，其剪力由斜腹杆承受，扭转和畸变由主析架平联、桥门架、横联承受，假如钢析梁四周布置钢筋，浇一层混凝土，就可抽象为连续钢析梁骨架混凝土箱梁桥；B、预应力混凝土连续箱梁裂加固比拟法根据文献可知，如果在直裂缝方向每隔30cM粘贴钢板条，对比钢筋混凝土梁桥配筋要求，所粘钢板条正好和抗剪钢筋受力一致。因此，参照钢彬梁桥设有专门抗和抗扭构造，及预应力混凝土连续箱裂缝加固增设抗剪钢板条，采用工程比法思想，预应力混凝土连续箱梁桥缝防治办法可借用上述抗剪和抗扭造，解决其混凝土强度等不足的问题。

(2)其他设计构造措施

A、重视非预应力钢筋的配置非预应力钢筋包括纵向分布钢筋或受力钢筋，特别是箍筋和抗裂钢筋(对构件的抗剪、斜截面强度和主拉应力的贡献是非常大的，而且混凝土强度等级越高，箍筋的套箍作用越显著)。如美国桥规(l994年版)规定:①在斜裂缝极有可能出现的所有区域中需要设置横向钢筋(最好设置与裂缝垂直的斜箍筋)。②横向钢筋根据结构受力情况可设置与受拉纵筋成不小于45。度的斜箍抗裂钢筋，并与垂直钢筋(与构件轴线垂直)焊接成钢筋网。

B、加强端隔墙和支座隔板端隔墙和支座隔板是抵抗箱梁畸变与扭转的根本构件。为防止端隔墙和支座隔板的开裂，建议隔墙或隔板开口为椭圆形，并为椭圆形配置构造钢筋。

C、提高钢筋与混凝土的粘结力采用较小直径的钢筋，分散布置，尽量使用螺纹钢筋，避免采用光面钢筋，这些措施可有效提高钢筋与混凝土的粘结力，可避免裂缝或使裂缝间距和宽度较小。

D、重视抵抗局部应力的配筋在锚固区，预应力筋弯起处等部位加强配筋，可以有效防止产生顶、底板的齿板裂缝和曲束裂缝。当梁高大于1时，为控制梁的腹板收缩裂缝，在腹板两侧沿梁高应布置一定数量的纵向水平钢筋。

5.几施工养护的措施

(1)混凝土质量引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:定期测定砂、石料含水量，严格控制水灰比和骨料级配及砂、石含杂质和泥量，这是混凝土质量的基本保证，也是现阶段施工中最易忽视的问题，施工监理单位必须严格把关，其次混凝土施工工艺必须按规范执行，结构内部布置防裂钢筋，以提高混凝土的抗裂性能。

(2)温度应力引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:设计时应重视温度应力的影响，可采取施加横向预应力、配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安 23

全储备等措施来防止裂缝的产生。

(3)混凝土收缩应力引起的裂缝，可采取防治措施:施工时严格控制混凝土配合比，不应为了提高混凝土强度(或早期强度)用增加水泥用量的办法，使用减水剂应谨慎合理，同时加强振捣以减少水化热，大体积混凝土应采取分层浇筑的方法。重视馄凝土的养护工作，尤其是初期养护，因为浪凝土的初期养护条件直接影响其抗拉强度增长的快慢，如混凝土的收缩应力最初阶段没有引起混凝土开裂，随着时间的延续，由于混凝土徐变的影响，收缩应力将会减小，产生收缩裂缝的可能性也就减小。

(4)施工不当引起的裂缝，可采取如下防治措施: 改进施工方法和施工工艺，例如:竖向预应力筋由于伸长量小，混凝土收缩回弹量大，必须反复张拉，以确保实际竖向预应力达到设计要求;横隔板裂缝应通过改善临时固结支座的布置，有效地限制裂缝的产生，同时在横隔板内布置加强钢筋或钢筋网，以提高横隔板的强度和刚度;另外，通过在桥面铺装层增设横向钢筋，加强桥面板与桥面铺装层的粘结，可达到减少裂缝的目的。

6.结语

根据预应力混凝土简支箱梁桥产生裂缝原因分析及防治措施的研究，可以综述如下:(1)通过对混凝土预制小箱梁桥三个施工阶段日照温度场的实桥观测，确定了各个施工阶段对混凝土预制小箱梁日照温度场的影响方式和影响大小；确定了混凝土预制小箱梁日照温度场和温度梯度的特点，为混凝土预制小箱梁桥的研究和设计工作提供了定性指导；通过对实桥项目三个阶段的温度观测及观测数据的整理，得出了混凝土预制小箱梁桥日照温度场分布特点的几个结论，其中，混凝土预制小箱梁桥桥面铺装对箱梁日照温度场影响较大对于小箱梁组合截面梁桥，边箱梁的内侧与外侧温度场差异较为明显等特点对今后的研究及设计工作具有参考作用。

(2)关键是在设计时，认真计算和验算，合理布置预应力筋和构造钢筋。在现行设计规范、设计手册的基础上，采用空间梁段单元计算方法(但普通梁单元并不能全面反映混凝土梁畸变，面外弯曲和主拉应迹线等计算，应采用应变连续的空间梁段单元进行分析才行)。参照国家标准或国外桥规，针对主要结构性裂缝形式及原因，建议预应力混凝土连续箱梁桥设计方法在原设计方法的基础上增强构造措施和配置适量预应力钢筋及足够数量的非预应力钢筋的办法处理，防止结构性裂缝。

(3)其次是严格控制施工过程和施工工艺，确保施工质量，尽可能避免开裂或减少非结构性裂缝，同时对非结构性裂缝妥善处理，控制裂缝发展，封闭裂缝，使裂缝不至子对结构产生过大的危害，保证结构的正常使用。

总之，对于预应力混凝土连续箱梁桥的裂缝问题，设计、施工和监理人员都应该严格把关，针对各种具体情况采取必要的措施。

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第二篇：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

第三篇：预应力混凝土箱梁施工常见病害及防治措施

预应力混凝土箱梁 施工常见病害及防治措施

摘 要：本文主要介绍了在预应力混凝土箱梁的施工过程中所出现的一些常见质量通病，成因复杂多样，应考虑到各种不利因素的综合作用。着重介绍了箱梁浇筑后产生裂缝，表面出现空洞、蜂窝、麻面，预应力张拉及压浆不到位等常见通病的产生原因及防治措施。以方便施工中找出防治常见病害的可行办法，达到防患于未然的目的, 从而保证混凝土桥梁的质量，延长混凝土桥梁的使用寿命。

关键词:箱梁；常见病害；防治措施 1.工程概况

湖北省谷竹高速公路GZTJ31标共有大桥9座，中桥1座，分别为窑沟中桥、大路沟1号大桥、大路沟2号大桥、闻家铺子大桥、水坪梁子1号大桥、水坪梁子2号大桥、水坪梁子3号大桥、水坪梁子4号大桥、水坪大桥、上马场大桥。

本工程共有预应力T梁705片，其中40m预制梁90片，30m预制梁475片，20m预制梁140片，桥梁上部构造情况一览表如下：

2.表面空洞、蜂窝、麻面、水波纹等现象

2.1病害表现

箱梁拆模后，在底板与腹板连接处的承托部位，部分腹板离底板1米高范围内出现空洞、蜂窝、麻面，波纹管下缘出现一层水波纹。

2.2原因分析

1)箱梁腹板一般较高，厚度较薄，在底板与腹板连接部位钢筋较密，又布置有预应力筋使得腹板混凝土浇筑时不易振实，也有漏振情况，易造成蜂窝。

2)若设置模隔板，一般会设预留入孔，浇筑时从预留入孔两边同时进料，易造成预留孔下部空气被封堵，形成空洞。

3)浇筑时，若气温较高，混凝土坍落度小，模板湿水不够，局部钢筋太密，振捣困难，易使混凝土出现蜂窝、不密实。

4)箱梁混凝土浇筑量较大，若供料不及时，易造成混凝土振捣困难，出现松散或冷缝。5)模板支撑不牢固，接缝不密贴，易发生漏浆、跑模，使混凝土产生蜂窝、麻面。6)施工人员操作不熟练，振捣范围分工不明确，未能严格做到对相邻部位交叉振捣，从而发生漏振情况，使混凝土出现松散、蜂窝。

7)配合比设计时粗骨料级配、粒径选择不对，粗骨料偏大，未考虑钢筋的间距（施工规范规定：粗骨料最大粒径不超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4）。8)在底层波纹管上缘，粗骨料易堆积，而为了保证梁体密实性，必然要加强腹板波纹管下混凝土振捣，有时就可能造成振捣过度，在波纹管下缘形成一层砂浆层，从外观上看出现了一层水波纹。

2.3预防处理措施

1)浇筑前应做好组织和分工，对操作人员进行技术交底，划分振捣范围，浇筑层次清楚，相互重复振捣长度应取50cm左右。

2)对设置模隔板的箱梁，混凝土要轮流从横隔板洞口一边下料，并从洞口另一边振出混凝土，避免使空气封堵在洞口下部，这样就不易在洞口下部形成空洞。

3)合理组织混凝土供料，如采用商品混凝土，现场宜有临时备用搅拌设备，以便当商品混凝土因运输或其他原因带来供料中断时预以临时供料。

4)根据施工气温，合理调整混凝土坍落度和混凝土水灰比，当气温高时，应做好模板湿润工作。

5)当箱梁腹板较高时，模板上应预留入孔处，使得振捣棒可达到各部位。

6)对箱梁底板与腹板承托处及模隔板预留入孔处，应重点进行监护，确保混浇筑质量。7)严格控制粗骨料粒径；采用纵向分段、水平分层法浇筑。

8)波纹管以下混凝土要严格控制施工塌落度；振捣时控制原则为“不超捣、亦不欠捣”，以混凝土表面不再下沉、气泡不再冒出、混凝土表面泛浆为宜。

2.4治理方法

(1)麻面部位用清水刷洗，充分湿润后用水泥浆或水泥砂浆抹平。

(2)将外露钢筋上的砼和铁锈清洗干净，再用水泥砂浆(1:2比例)抹压平整。如露筋较深，应将薄弱砼剔除，清理干净，用高一级的豆石砼捣实，认真养护。

(3)小蜂窝可先用水冲洗干净，用1:2水泥砂浆修补；大蜂窝先将松动的石子和突出颗粒剔除，并剔成喇叭口，然后用清水冲洗干净湿透，再用高一级豆石砼捣实，认真养护。

(4)必要时需要与设计单位共同研究制定补强方案，然后按批准后的方案进行处理。3.裂缝

3.1底板沿预应力钢束波纹管位置出现纵向裂隙

3.2.1病害表现：采用支架现浇法施工的预应力混凝土箱梁底板，在沿预应力钢束波纹

管位置下出现断断续续、长度不等的裂缝，宽度大都在0.2cm以下。

3.2.2原因分析：

1)主要原因之一是预应力钢束的保护层厚度偏薄，加上水泥用量偏多，水泥浆含量偏大，导致较大的收缩变形。由于箱梁结构的内约束，包括底板截面的不均匀收缩和波纹管对混凝土收缩的约束作用，导致较大的混凝土收缩应力，超过了当时混凝土的抗拉强度，从而出现了沿波纹管纵向的收缩裂缝。

2)箱梁底板横向分布钢筋间距偏大，或箱梁底板预应力钢束布置不够合理。3)混凝土振捣不密实，养扩展措施不到位。4)张拉预应力束时的混凝土龄期偏小。3.2.3防治措施

1)改进泵送混的级配，优化降低混凝土收缩变形的材料配合比，其中包括水泥用量、水灰比、外加剂等。

2)严格按设计规范施工，确保预应力波纹管保护层的厚度，一般不小于5cm。3)对底板构造钢筋和预应力钢束的间距合理布置。4)加强对底板混凝土外表面的养护工作。5)适当延长混凝土张拉龄期。3.3.腹板出现斜向裂缝 3.3.1病害表现

箱梁拆模后张拉预应力钢束，腹板混凝土出现裂缝。一种是有规律地出现于底板约呈45°的斜裂缝。另一种为沿预应力索管方向的斜向裂缝，往往是靠近锚头处裂缝开展较宽，逐渐变窄而至消失。

3.3.2原因分析

1)出现与底板呈现呈45°的斜裂缝的原因极大可能是该区域的主拉应力，超过了该处的预应力索和普通钢筋的抗剪力及混凝土的抗拉强度，也有可能是混凝土拆模时间过早，混凝土尚未达到其设计的抗拉强度。

2)出现沿预应力索管方向的裂缝的原因往往是由于预应力索张拉时，索管及其周边混凝土受较集中的压应力，由于柏松效应导致索管及其周边混受到索管径向的巨大张力，如保护层混凝土不足以抵抗拉应力，则会在其最薄弱处开裂。

3)混凝土未达到拆模、张拉的龄期或强度。

4)腹板的非预应力普通钢筋网，钢筋间距较大，不能满足抗裂要求。5)施工临时荷载超载或在作用点产生过大的集中应力。

3.3.3 预防措施

悬臂现浇混凝土箱梁腹板斜向裂缝的出现往往是设计、施工、材料、工艺等综合因素作用的结果，原因比较复杂，但其中必然主要原因，为此，应针对不同的情况，采取相应的对策。

1)布置有弯起预应力筋部位，往往能有效地克服主拉应力，因此在无弯起预应力筋部位应特别注意验算该部位的主拉应力，并布置相应的抗裂钢筋。

2)加密普通钢筋间距以增强抗裂性，必要时可在易发生斜向裂缝的区段，加设钢丝网片。

3)在预应力束张拉集中的近锚头区域，增设钢盘网片，提高抗压能力和分散集中力。施工工况、工艺流程必须与设计相符。如有变更，应立即与设计单位取得联系，核算无误后方可施工。

4)混凝土未达到龄期或强度，不能拆除模板。为掌握混凝土的实际强度，可在浇筑混凝土时多制件几组混凝土试块，在不同龄期进行试压。

5)施工时严格控制施工荷载，不得有超载或有不同于设计的集中荷载。6)确保混保护层的厚度及其质量。3.4支座处裂缝和支座位移引起的裂缝

在连续梁支点处，由于梁体的振动，将产生比静力荷载大得多的支点反力, 在支点的局部有可能对梁产生称压曲裂缝的裂缝, 而且在此反力作用下, 下部结构和橡胶支座将产生大的变形, 如果这种变形不均匀, 必将造成梁体内出现由于支座不均匀位移产生的附加内力, 可能造成梁的腹板进一步的裂缝, 这种裂缝与地基以及桥梁的下部结构的振动特性有关, 需要综合考虑。

3.4治理方法

施工时加强观察，如发现裂缝继续发展、加宽、错台，应立即停止施工，会同有关部门分析原因加固补强，以免酿成严重后果。如裂缝无继续扩大和发展，或逐渐闭合，可待其稳定后根据裂缝大小使用不同方法进行封闭。本文主要介绍两种裂缝处理方法：

（1）环氧树脂法

首先对混凝土裂缝的基层表面进行处理。在裂缝表面用钢丝刷将其表面的灰尘、浮渣、油垢等清除，并沿缝用丙酮擦洗，晾晒干燥，且其含水率不能大于6％。称取定量的环氧树脂，按胶料配合比加入稀释剂二甲苯与环氧树脂均匀拌和，待温度降至常温后，再加入固化剂乙二胺充分搅拌就配制成了环氧树脂胶料。配制好的环氧树脂胶料，至加入固化剂起，必须在3O分钟内处理完毕。最后用玻璃布或嵌刀将环氧树脂胶泥仔细批嵌封闭。

（2）环氧砂浆封堵法

混凝土基层表面清理，沿缝凿宽8—10mm，深度大于10cm，用钢丝刷沿缝槽将灰尘、浮渣及松散层彻底清除，用丙酮将其油垢擦洗干净、晾晒。其含水率不大于6％。然后在清洁的混凝土槽内，薄而均匀地涂刷环氧底胶料．不得有漏涂和留坠现象。胶料固化12小时后，用玻璃布或嵌刀将环氧砂浆分层封堵，每层厚度不大于5mm，用沟缝条压平压实。环氧砂浆自然固化24小时后，用环氧底胶料封闭，封闭宽度应大于环氧砂浆缝宽，且每边要超出2—3mm。封堵后要保持干燥，用碘钨灯烘烤。

4.预应力张拉、压浆不到位 4.1病害表现

预应力张拉时施加应力大小控制不准，实测延伸量与理论计算延伸量超出规范要求的±６％；预应力孔道压浆不及时、压浆不饱满；负弯矩穿束困难，钢束压浆不密实。

4.2原因分析

1)油表读数不够精确。目前，一般油表读数至多精确至１MPa，１MPa以下读数均只能估读，而且持荷时油表指针往往来回摆动。

2)千斤顶校验方法有缺陷。千斤顶校验时无论采用主动加压，还是被动加压，往往都是采用主动加压整数时对应的千斤顶读数绘出千斤顶校验曲线，施工中将张拉力对应的油表读数在曲线上找点或内插，这样得到的油表读数与千斤顶实际拉力存在着系统误差，另外，还可能由于千斤顶油路故障导致油表读数与千斤顶实际张拉力不对应。

3)计算理论延伸量时，预应力钢束弹性模是取值不准。一般弹性模量取值主要根据试验确定，取试验值的中间值，钢束出厂时虽然能符合国标要求，但本身弹性模量离散性较大，不太稳定，可能导致实测延伸量与理论延伸量误差较大，超出规范要求。

4)负弯矩区波纹管在主梁预制时由于振捣而变形，导致穿束困难。

5)压浆时压力不够(许多工地压浆机无压力表)或操作不当，漏掺膨胀剂或水泥浆流动度过大而向低处流淌，导致孔道压浆不饱满，降低了预应力钢束与混凝土间的握裹力。

4.3预防措施

1)张拉人员要相对固定，采用应力和伸长量“双控”。

2)千斤顶、油表要定期校验，张拉时发现异常情况要及时停下来找原因，必要时重新校验千斤顶、油表。

3)千斤顶、油表校验时尽量采用率定值，即按实际初应力、控制应力校验对应的油表读数。

4)扩大钢束检测频率，每捆钢束都要取样做弹性模量试验，及时调整钢束理论延伸量。5)故张拉后应及时压浆封锚；

6)箱梁浇筑时，在负弯矩区扁波纹管内套内管，防止振捣变形；压浆时技术人员必须跟班检查，控制灰浆压力，当孔道较长或采用一次压浆时，应适当加大压力，压浆时应达到孔道另外一端饱满出浆，并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。

5.结语

以上箱梁的一系列问题都是在施工过程中总结出来的，其相应的对策也在项目两座桥施工实践中被证实是可行有效，希望对以后的相关工程实践能有所帮助。只要在施工方面合理选择混凝土配合比，优化施工工艺，同时严格、规范地进行预应力张拉及压浆，科学安排前后工序之间的衔接，就能消除预应力混凝土组合箱梁施工过程中上述常见的质量通病，保证预应力混凝土组合箱梁的内在质量和外在质量。

参考文献：

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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）：

zlhxhy2hxhy422

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。

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第五篇：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：

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