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摘要：针对桥面板普遍出现纵向裂缝的问题，对预应力混凝土现浇箱梁桥面板进行了横向计算，对桥面板在横向力作用下纵桥向裂缝产生的主要因素进行了分析。提出了混凝土桥面板裂缝问题的解决建议。
Abstract: To problem of bridge flooring general cracks appeared, pour prestressed concrete box –beam bridge flooring is calculated crosswise; the main cause of lengthwise bridge direction crack is analysed when bridge flooring under cross direction load turned up. Sulutions and suggestions of concrete bridge flooring crack problem is put forward.
关键词：桥面板，裂缝
Key words: bridge flooring ,crack
1引言
预应力混凝土箱形梁桥由于具有结构轻盈、抗弯、抗扭性能优良等众多优点，在桥梁建设中得到了广泛的应用。但在运营过程中普遍出现了桥面板纵向裂缝的病害。在桥梁设计中，特别是纵向为全预应力结构或部分预应力A类结构时，纵向力作用不出现裂缝，即桥梁结构不会出现横向的裂缝。但由于一般的窄桥，横向并不施加预应力，横向仍为钢筋混凝土构件，带裂缝工作。桥面板纵向裂缝的产生主要是由横桥向荷载作用的结果。
为分析影响桥面板裂缝产生的主要因素，以深圳港西部港区疏港道路第2 合同段主线左幅桥第13联3×30m现浇预应力混凝土箱梁为例，进行桥面板裂缝的计算和分析。
2技术参数
2.1结构参数
1）桥面板计算位置选择在桥梁跨中的标准截面，截面尺寸见图1
2）桥梁宽度： 0.5m（防撞护栏）+12.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）=13.25m。
3）桥面铺装：8cm沥青混凝土铺装+8cmC50防水混凝土。
4）主梁结构纵向按照全预应力构件设计，横向未设置预应力。
2.2主要考虑的作用
1）结构重力；
2）桥面二期恒载：两侧防撞墙各17.2KN/m、桥面铺装4.8KN/m；
3）混凝土收缩与徐变作用；
4）车辆荷载：公路-I级车辆荷载；
5）温度作用：均匀温度按整体升温25℃和整体降温20℃考虑；温度梯度基数升温T1=+14℃ ， T2=+5.5℃ 和降温T1=-7℃ ,T2=-2.75℃ 。
3计算模型
3.1计算模型的选取
1）桥面板计算位置选择在桥面板截面最薄弱的桥梁跨中处，计算模型为沿桥梁纵向选取1m的主梁结构进行计算。计算简图见图2。
2）假设与桥面板相连的三个腹板在板底处的约束条件分别为固定支座（中腹板处）和单向支座（边腹板处）。
3.2作用的取值
依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.1条规定，桥面板的计算为桥梁局部加载，计算采用车辆荷载。标准车辆荷载最大轴重（标准车辆两个后轴2×140KN，间距1.4m）。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）4.1.3条单向板计算宽度的的规定来确定车辆荷载的分布宽度。
本文以单位宽度（1m）的桥面板为模型，桥面板的作用大小根据车辆荷载的大小除以对应的分布宽度即为单位桥面宽度所分配的车辆荷载大小。进而确定计算时所采用折线形式的横向分布系数。详见图2。
4桥面板裂缝计算分析
裂缝宽度计算公式的基本形式如下式所示：
r
其中：为按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋的应力或者混凝土纵向受力钢筋的等效应力；为钢筋的弹性模量；为构件的受力特征系数；为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；为受拉裂缝平均间距。
本桥面板的横向计算主要计算了各作用组合值效应以及温度梯度、收缩徐变、车辆荷载等作用的标准值效应。各作用组合值效应具体结果详见表1：
表1、表2中，顶板顶部最大裂缝均出现在悬臂根部和中腹板顶部等位置，顶板底部最大裂缝均出现在箱室的跨中位置。
由表1桥面板裂缝组合值效应计算结果可见，桥面板的裂缝宽度均小于0.2mm，经计算，考虑到长期效应的影响后裂缝宽跨度仍然满足规范要求。
由表2桥面板裂缝标准值效应计算结果可见，在计算桥面板裂缝宽度时，温度梯度作用标准值与混凝土收缩徐变作用标准值所产生的效应比较明显，甚至超过了汽车荷载的效应。以上计算结果是桥面板计算跨径为4.35m时的计算结果。当桥面板跨径增大时温度梯度作用标准值和收缩徐变作用标准值对裂缝宽度的影响还将增大，汽车荷载对裂缝宽度的影响反而会因荷载分布宽度的增大而降低。
在桥面板设计时，温度梯度作用及汽车荷载是难以避免的，应注意尽量减少由收缩徐变作用带来的不利影响，建议在桥梁主梁的设计中应注意箱室宽不宜过大；在主梁材料的选取中注意优选采用干硬性混凝土并強调尽量减小水胶比的比值；在施工中应注意主梁的浇筑质量，应振捣密实，分次浇筑间隔时间不宜过长，混凝土初凝时间不宜过短；在施工后应加强混凝土的养生，特别是曝露的桥面板的养生。
5结论及建议
1）桥梁主结构纵向计算满足全预应力构件的要求仅为纵向计算结果，横向未设置预应力时，其横向结构仍为混凝土构件，带裂缝工作。
2）收缩徐变作用对桥面板结构裂缝的产生有着重要的影响，应给予充分的重视。为减少其不利影响，宜在截面设计中采用短悬臂小箱室、适当增大桥面板厚度、降低混凝土材料的水胶比、加强施工养护等方面加以控制。
3）当采用较大悬臂或箱室时，汽车荷载对裂缝宽度影响相对会减小，但温度荷载的影响会加大。为了减少桥面板横向力产生的纵桥向裂缝，一般可采用施加横向预应力或适当减少桥面板的横向跨径。
参考文献：
[1] 中交公路规划设计院.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2] 中交公路规划设计院.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京：人民交通出版社，2004.
[3] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.
[4] 梁兴文，王社良，李晓文.混凝土结构设计原理[M].北京：科学出版社，2004.
[5] 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M] .北京：清华大学出版社，2003.
[6] 赵华.桥梁桥面板内力计算的探讨[J].山西建筑，2009，35（25）：317-318.
[7] 郑愚，李春红.混凝土桥面板局部荷载作用下承载性能研究[J].广西城镇建设，2009,65-70.
[8] 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京：清华大学出版社，2003.
[9] 张彦玲，樊健生，李运生.连续组合梁桥裂缝发展规律分析及裂缝宽度计算[J].工程力学，28（7）：84-90.
作者简介：刘学建（1980-），男 ，工程师 ，研究生，工学硕士，2007年7月毕业于西安建筑科技大学桥梁与隧道专业。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Abstract: To problem of bridge flooring general cracks appeared, pour prestressed concrete box –beam bridge flooring is calculated crosswise; the main cause of lengthwise bridge direction crack is analysed when bridge flooring under cross direction load turned up. Sulutions and suggestions of concrete bridge flooring crack problem is put forward.
关键词：桥面板，裂缝
Key words: bridge flooring ,crack
1引言
预应力混凝土箱形梁桥由于具有结构轻盈、抗弯、抗扭性能优良等众多优点，在桥梁建设中得到了广泛的应用。但在运营过程中普遍出现了桥面板纵向裂缝的病害。在桥梁设计中，特别是纵向为全预应力结构或部分预应力A类结构时，纵向力作用不出现裂缝，即桥梁结构不会出现横向的裂缝。但由于一般的窄桥，横向并不施加预应力，横向仍为钢筋混凝土构件，带裂缝工作。桥面板纵向裂缝的产生主要是由横桥向荷载作用的结果。
为分析影响桥面板裂缝产生的主要因素，以深圳港西部港区疏港道路第2 合同段主线左幅桥第13联3×30m现浇预应力混凝土箱梁为例，进行桥面板裂缝的计算和分析。
2技术参数
2.1结构参数
1）桥面板计算位置选择在桥梁跨中的标准截面，截面尺寸见图1
2）桥梁宽度： 0.5m（防撞护栏）+12.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）=13.25m。
3）桥面铺装：8cm沥青混凝土铺装+8cmC50防水混凝土。
4）主梁结构纵向按照全预应力构件设计，横向未设置预应力。
2.2主要考虑的作用
1）结构重力；
2）桥面二期恒载：两侧防撞墙各17.2KN/m、桥面铺装4.8KN/m；
3）混凝土收缩与徐变作用；
4）车辆荷载：公路-I级车辆荷载；
5）温度作用：均匀温度按整体升温25℃和整体降温20℃考虑；温度梯度基数升温T1=+14℃ ， T2=+5.5℃ 和降温T1=-7℃ ,T2=-2.75℃ 。
3计算模型
3.1计算模型的选取
1）桥面板计算位置选择在桥面板截面最薄弱的桥梁跨中处，计算模型为沿桥梁纵向选取1m的主梁结构进行计算。计算简图见图2。
2）假设与桥面板相连的三个腹板在板底处的约束条件分别为固定支座（中腹板处）和单向支座（边腹板处）。
3.2作用的取值
依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.1条规定，桥面板的计算为桥梁局部加载，计算采用车辆荷载。标准车辆荷载最大轴重（标准车辆两个后轴2×140KN，间距1.4m）。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）4.1.3条单向板计算宽度的的规定来确定车辆荷载的分布宽度。
本文以单位宽度（1m）的桥面板为模型，桥面板的作用大小根据车辆荷载的大小除以对应的分布宽度即为单位桥面宽度所分配的车辆荷载大小。进而确定计算时所采用折线形式的横向分布系数。详见图2。
4桥面板裂缝计算分析
裂缝宽度计算公式的基本形式如下式所示：
r
其中：为按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋的应力或者混凝土纵向受力钢筋的等效应力；为钢筋的弹性模量；为构件的受力特征系数；为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；为受拉裂缝平均间距。
本桥面板的横向计算主要计算了各作用组合值效应以及温度梯度、收缩徐变、车辆荷载等作用的标准值效应。各作用组合值效应具体结果详见表1：
表1、表2中，顶板顶部最大裂缝均出现在悬臂根部和中腹板顶部等位置，顶板底部最大裂缝均出现在箱室的跨中位置。
由表1桥面板裂缝组合值效应计算结果可见，桥面板的裂缝宽度均小于0.2mm，经计算，考虑到长期效应的影响后裂缝宽跨度仍然满足规范要求。
由表2桥面板裂缝标准值效应计算结果可见，在计算桥面板裂缝宽度时，温度梯度作用标准值与混凝土收缩徐变作用标准值所产生的效应比较明显，甚至超过了汽车荷载的效应。以上计算结果是桥面板计算跨径为4.35m时的计算结果。当桥面板跨径增大时温度梯度作用标准值和收缩徐变作用标准值对裂缝宽度的影响还将增大，汽车荷载对裂缝宽度的影响反而会因荷载分布宽度的增大而降低。
在桥面板设计时，温度梯度作用及汽车荷载是难以避免的，应注意尽量减少由收缩徐变作用带来的不利影响，建议在桥梁主梁的设计中应注意箱室宽不宜过大；在主梁材料的选取中注意优选采用干硬性混凝土并強调尽量减小水胶比的比值；在施工中应注意主梁的浇筑质量，应振捣密实，分次浇筑间隔时间不宜过长，混凝土初凝时间不宜过短；在施工后应加强混凝土的养生，特别是曝露的桥面板的养生。
5结论及建议
1）桥梁主结构纵向计算满足全预应力构件的要求仅为纵向计算结果，横向未设置预应力时，其横向结构仍为混凝土构件，带裂缝工作。
2）收缩徐变作用对桥面板结构裂缝的产生有着重要的影响，应给予充分的重视。为减少其不利影响，宜在截面设计中采用短悬臂小箱室、适当增大桥面板厚度、降低混凝土材料的水胶比、加强施工养护等方面加以控制。
3）当采用较大悬臂或箱室时，汽车荷载对裂缝宽度影响相对会减小，但温度荷载的影响会加大。为了减少桥面板横向力产生的纵桥向裂缝，一般可采用施加横向预应力或适当减少桥面板的横向跨径。
参考文献：
[1] 中交公路规划设计院.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2] 中交公路规划设计院.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京：人民交通出版社，2004.
[3] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.
[4] 梁兴文，王社良，李晓文.混凝土结构设计原理[M].北京：科学出版社，2004.
[5] 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M] .北京：清华大学出版社，2003.
[6] 赵华.桥梁桥面板内力计算的探讨[J].山西建筑，2009，35（25）：317-318.
[7] 郑愚，李春红.混凝土桥面板局部荷载作用下承载性能研究[J].广西城镇建设，2009,65-70.
[8] 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京：清华大学出版社，2003.
[9] 张彦玲，樊健生，李运生.连续组合梁桥裂缝发展规律分析及裂缝宽度计算[J].工程力学，28（7）：84-90.
作者简介：刘学建（1980-），男 ，工程师 ，研究生，工学硕士，2007年7月毕业于西安建筑科技大学桥梁与隧道专业。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。