大跨径预应力连续梁桥裂缝机理与对策研究

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  1我国公路桥梁的基本情况及主要类型
  
  混凝土桥梁在世界已建桥梁中占绝大多数,我国混凝土桥梁占90%以上。梁桥按承重结构的截面型式可以划分为:(1)板桥,矩形截面、双向受力、挖空、异形截面。(2)肋板式梁桥,横截面内肋形结构(主要T梁)。(3)箱形梁桥,横截面内封闭的箱子。按承重结构的静力体系可以划分为:①简支梁桥:单跨、静定体系;易于工厂化施工;②连续梁桥:多连续,超静定体系;温度、支座变位产生附加内力;负弯矩的代偿功能使梁高变小、跨越能力增大。行车条件好;③悬臂梁桥:静定结构,悬臂根部的负弯矩使跨越能力有所增大。
  
  2大跨径预应力连续梁桥裂缝机理与对策
  
  据统计,跨径80~100m以下的梁桥,病害较少;跨径100~160m的梁桥,病害较多;跨径160m以上的梁桥,病害就更多。概括起来有两大类,即:(1)跨中下挠{(2)梁体开裂。其中,梁体开裂包括梁上出现斜裂缝、纵向裂缝、混凝土劈裂、横隔板裂缝以及齿板裂缝等。
  
  2.1斜裂缝机理及其预防对策
  斜裂缝是出现最多的梁体裂缝。往往首先发生在剪应力大而截面抗剪能力不足的支座~L/4区域,与梁轴线呈25°~50°开裂,并随时间的推移,不断向受压区发展。裂缝数也会增加,裂缝区向跨中方向发展。斜裂缝的另一个特征是箱内腹板斜裂缝要比箱外腹板斜裂缝严重。这已为一些大跨径梁桥的检查结果所证实。斜裂缝的宽度如在0.2mm以下,而且其长度、宽度和数量已趋稳定,不再发展,则不需加固,但要注意观察,要封闭。
  实际上大跨径梁桥上往往存在宽度较大、且不断发展的严重斜裂缝,已反映出梁的斜截面强度不足。
  在设计中,对于梁的主拉应力都进行验算并通过。但在实践中,这类裂缝还是大量出现,笔者经过多年的分析得出其原因如下:
  (1)取消弯起束。从上世纪90年代,在箱梁桥的设计中,较普遍地取消弯起束,而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工,可以减薄腹板的厚度。但竖向预应力筋长度短,预应力损失大,有效预应力不易得到保证,教训是斜裂缝大量出现。目前已认识到取消弯起束是不妥当的.于是重新回到设弯起束的正确轨道上来,但为此已付出了代价。
  (2)作为平面问题分析,主拉应力偏小。正如《苏通大桥副桥连续刚构设计》一文所说,“经计算分析,箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大……考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值。”日照温差导致箱梁内部全截面受拉,跨中张拉后期索导致腹板受拉、底板受弯。
  针对斜裂缝的预防对策有:(1)保证有足够的斜截面强度。(2)采用三维分析箱梁的主拉应力,不要漏项。(3)必须配置弯起束,同时也应配置竖向预应力束。必须充分考虑预应力损失。对竖向预应力束,应采用二次或多次张拉,确保其有效预应力。(4)适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量,加密箍筋,即便开裂也可将裂缝控制在较小的范围内。
  
  2.2纵向裂缝机理及其预防对策
  纵向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝,较多地出现在顶底板,也是出现很多的一种裂缝。除因未设横向预应力而在顶板下缘出现规范允许宽度的纵向裂缝外,还存在下列原因:
  (1)超载。在大跨径桥梁中,超载特别是超重车轴荷载的作用,对横向的影响比纵向更大,这是因为纵向弯矩中,自重占绝大部分;而横向弯矩,主要由活载引起,轴重超过规范时,易出现顶板下缘的纵向裂缝。
  (2)温差应力估计过小。我国过去的桥梁设计规范中,对温差应力,仅规定了翼缘与梁体的其他部位有5"C的温差。这样的温差偏小,与实际情况严重不符,不安全。根据国内外的研究,对于箱梁,温差应力可以接近甚至超过活载的应力。英国、新西兰规范规定的温度梯度,比我国大很多。这也是出现纵向裂缝的原因之一。
  (3)支座反力的影响。大跨径连续梁,支座反力很大,反力由腹板传至墩顶。空间分析可以发现,此处箱梁的横向拉应力特别大,应根据施工阶段反力的大小,分级施加。如不采取此措施,顶板上缘肯定出现裂缝。
  (4)双壁墩身建成后相当长时间,才建墩上梁的0号块。由于墩身横向收缩已大部分完成,而0号块横向收缩受到墩身约束,导致底板中部出现裂缝。在0号块建成后相当长时间,再建1号块,也会因收缩差而出现纵向裂缝。因此,节段浇筑时间间隔不要过长,截面配筋要考虑收缩影响。
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