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摘要：本文作者结合工程实例，介绍了在建桥梁腹板出现的位置、及其受力情况，并分析了腹板裂缝形成的原因。
关键词：桥梁；腹板裂缝；监测；成因
中图分类号：K928文献标识码： A
工程概况
下板城滦河大桥位于河北省承德县老牛河入河口下游，跨越滦河主流。主桥上部结构采用50+4×80+50m变截面连续箱梁结构，挂篮施工。主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱梁，主梁根部梁高4.8m，跨中梁高2.2m。箱梁腹板厚度1#-5#梁段为0.75m，7-11#梁段为0.5m，6#梁段为腹板变化段。箱梁腹板厚度各单“T”箱梁除了0、1号块外分为7对梁段，箱梁纵向长度分为3×4.0m+4×5.0m。0号块和1号块全长14m，其中0号块长6.0m，1号
块为2×4m，中跨和边跨合拢段长度均为2.0m。
箱梁采用三向预应力结构，分纵向、竖向及横向三种。纵向预应力钢束：纵向预应力钢束分为顶板束、底板束和腹板束三种束型。腹板束(W1-W5)采用19Φs15.2规格钢绞线束；竖向预应力钢束：采用JL32mm规格精轧螺纹钢筋，下端锚固，上端张拉，锚下张拉控制应
力0.9fpk=706.5MPa，其中fpk=785MPa，纵向标准间距0.5m。
大跨径预应力混凝土箱梁桥无论在经济合理性、工艺成熟性上，都是具有强劲可比性的桥型。但随着这些大跨径桥梁逐步的投入营运、经历荷载及时间的考验，设计和施工中的问题也在逐步地暴露，尤其是各种不同性质的腹板裂缝较为普遍得出现 [1-4]。在下板城大桥施工过程中，发现在滦河大桥的3号墩东区南侧腹板3m、20m处有细小裂缝产生，如图1。
图1 腹板裂缝位置
通过实测的腹板应力和混凝土质量，分析两处裂缝产生的原因, 了解和定位混凝土裂缝位置和发展、发育程度，增强技术人员对变截面大跨预应力混凝土箱梁内部裂缝发育情况
了解，有助于管理和施工人员做出是否需要支护的决策。
1 腹板裂缝的出现位置
腹板裂缝主要包括结构裂缝和非结构裂缝。由外荷载引起的腹板混凝土的裂缝，称为结构性裂缝;由腹板混凝土自身应力形成的裂缝称为非结构性裂缝。受力裂缝和非结构性裂缝有明显的区别，危害程度也不尽相同，有时两类裂缝融在一起。实践表明，在两类裂缝中以
变形引起的裂缝占主导的约占70%;以荷载引起的裂缝占主导的约占30%[5]。
预应力张拉、挂篮行走前后，采用裂缝监测仪，对大桥腹板的表面进行扫描，得到混凝土声速和腹板的表观情况。在前三个月施工过程中，没有检测到裂缝。当3号墩县城侧施工到第6块时，在3m(1号块)和20m(5号块)腹板处，发现两条裂缝；3m处裂缝长12cm,宽
0.15mm；20m处裂缝长2.1cm,宽0.2mm。
2 腹板的受力情况
结构裂缝大多是拉剪裂缝，外部载荷导致的主拉应力超过混凝土抗拉强度标准值所致[6]。非结构裂缝主要包括收缩裂缝、温度裂缝和钢筋腐蚀裂缝[7]。在1 ~5号墩箱梁悬臂根部和1/4跨处，向腹板表面黏贴电阻应变花（0°、45°、90°三片直角形），粘贴高度与该处箱梁剖面形心高度相等。应变片和静态应变仪相连接，实时监测腹板的应变。箱梁为空间结
构，受力复杂，但箱梁腹板可简化为平面应力状态[8,9]，如图4。
图4 腹板应力简化图
由应变花测得腹板应变，根据公式，计算出腹板的最大主应力[10]。
其中E——混凝土的弹性模量；μ——混凝土的泊松比。
3号墩县城侧悬臂根部和1/4跨处腹板主应力的变换趋势,如图5。悬臂根部受力始终是较大压应力，在-13~-17.9Mpa之间。1/4跨处受力范围为-7.8~-10.7Mpa。两处在张拉时压应力都增加，浇筑时压应力都减小。由于合拢段混凝土浇筑量较小，合拢对两处受力影响不大。
合拢张拉对悬臂根部处影响较大，压应力增加1.5Mpa。
图5 悬臂根部和1/4跨处腹板应力趋势
3 腹板裂缝的发育和成因分析
裂缝A区域受压应力，在-13~-17.9Mpa之间；裂缝位置在0号块和1号块的接缝附近；裂缝宽度在浇筑8号块时，由0.15mm增加到0.21mm，在9号块合拢张拉后，又降低到0.07mm；裂缝出现在腹板上沿。所以，判定裂缝A是建桥后期桥墩附近负弯矩过大引起的
腹板裂缝。
对腹板来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大的截面的混凝土受拉区。箱梁桥合拢前，随着施工进行，悬臂梁板的支座附近所受的负弯矩在增加，腹板上沿局部负弯矩过大，产生垂直裂缝[8]。裂缝自上向下发展，随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，裂缝数增多。
裂缝B 区域受力为压应力，在-7.8~-10.7Mpa之间；裂缝纵横交错，深入的和贯穿性的温度裂缝与腹板短边方向（竖向）接近平行；裂缝具有中间粗，两端细的形态特征；裂缝发生在施工的中后期，缝宽受温度变化影响较明显，在0.05~0.2mm之间变化。因此，裂缝B
是由温度引起的非结构裂缝。
8月下旬的一次冷空气使温度骤然变化，造成箱体内外的温度差，在这种温差的作用下，腹板有轴向变形和弯曲变形。腹板的弯曲变形在超静定结构中不但引起结构的位移，而且因多余约束存在，还要产生结构内部温度应力，当內、外温差变形产生的应力达到混凝土抗拉
强度极限值时，混凝土就要出现裂缝[5]。
4 规范验算
该区域天气严寒，冰盐环境、滨海环境，属Ⅱ类环境。根据《公路钢筋混凝土及预应力
混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004) [11] ，规定设计最大裂缝允许宽度：
（1）采用精轧螺纹钢筋的预应力混凝土构件：Ⅱ类环境0.20mm
（2）采用钢丝和钢绞线的预应力混凝土构件：Ⅱ类环境0.10mm
腹板是纵向采用精轧螺纹钢筋，横向采用钢绞线的预应力混凝土构件。在施工过程中，随着箱梁延长，裂缝A处腹板温度趋于稳定，合拢时，该处温度接近外界最高温度。裂缝A宽度最终稳定在0.11mm。合拢后，桥梁体力发生转换，桥墩附近负弯矩减小，裂缝B收
缩到0.07mm。裂缝A和裂缝B基本满足规范的要求，不会对桥梁运行造成大的影响。
关键词：桥梁；腹板裂缝；监测；成因
中图分类号：K928文献标识码： A
工程概况
下板城滦河大桥位于河北省承德县老牛河入河口下游，跨越滦河主流。主桥上部结构采用50+4×80+50m变截面连续箱梁结构，挂篮施工。主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱梁，主梁根部梁高4.8m，跨中梁高2.2m。箱梁腹板厚度1#-5#梁段为0.75m，7-11#梁段为0.5m，6#梁段为腹板变化段。箱梁腹板厚度各单“T”箱梁除了0、1号块外分为7对梁段，箱梁纵向长度分为3×4.0m+4×5.0m。0号块和1号块全长14m，其中0号块长6.0m，1号
块为2×4m，中跨和边跨合拢段长度均为2.0m。
箱梁采用三向预应力结构，分纵向、竖向及横向三种。纵向预应力钢束：纵向预应力钢束分为顶板束、底板束和腹板束三种束型。腹板束(W1-W5)采用19Φs15.2规格钢绞线束；竖向预应力钢束：采用JL32mm规格精轧螺纹钢筋，下端锚固，上端张拉，锚下张拉控制应
力0.9fpk=706.5MPa，其中fpk=785MPa，纵向标准间距0.5m。
大跨径预应力混凝土箱梁桥无论在经济合理性、工艺成熟性上，都是具有强劲可比性的桥型。但随着这些大跨径桥梁逐步的投入营运、经历荷载及时间的考验，设计和施工中的问题也在逐步地暴露，尤其是各种不同性质的腹板裂缝较为普遍得出现 [1-4]。在下板城大桥施工过程中，发现在滦河大桥的3号墩东区南侧腹板3m、20m处有细小裂缝产生，如图1。
图1 腹板裂缝位置
通过实测的腹板应力和混凝土质量，分析两处裂缝产生的原因, 了解和定位混凝土裂缝位置和发展、发育程度，增强技术人员对变截面大跨预应力混凝土箱梁内部裂缝发育情况
了解，有助于管理和施工人员做出是否需要支护的决策。
1 腹板裂缝的出现位置
腹板裂缝主要包括结构裂缝和非结构裂缝。由外荷载引起的腹板混凝土的裂缝，称为结构性裂缝;由腹板混凝土自身应力形成的裂缝称为非结构性裂缝。受力裂缝和非结构性裂缝有明显的区别，危害程度也不尽相同，有时两类裂缝融在一起。实践表明，在两类裂缝中以
变形引起的裂缝占主导的约占70%;以荷载引起的裂缝占主导的约占30%[5]。
预应力张拉、挂篮行走前后，采用裂缝监测仪，对大桥腹板的表面进行扫描，得到混凝土声速和腹板的表观情况。在前三个月施工过程中，没有检测到裂缝。当3号墩县城侧施工到第6块时，在3m(1号块)和20m(5号块)腹板处，发现两条裂缝；3m处裂缝长12cm,宽
0.15mm；20m处裂缝长2.1cm,宽0.2mm。
2 腹板的受力情况
结构裂缝大多是拉剪裂缝，外部载荷导致的主拉应力超过混凝土抗拉强度标准值所致[6]。非结构裂缝主要包括收缩裂缝、温度裂缝和钢筋腐蚀裂缝[7]。在1 ~5号墩箱梁悬臂根部和1/4跨处，向腹板表面黏贴电阻应变花（0°、45°、90°三片直角形），粘贴高度与该处箱梁剖面形心高度相等。应变片和静态应变仪相连接，实时监测腹板的应变。箱梁为空间结
构，受力复杂，但箱梁腹板可简化为平面应力状态[8,9]，如图4。
图4 腹板应力简化图
由应变花测得腹板应变，根据公式，计算出腹板的最大主应力[10]。
其中E——混凝土的弹性模量；μ——混凝土的泊松比。
3号墩县城侧悬臂根部和1/4跨处腹板主应力的变换趋势,如图5。悬臂根部受力始终是较大压应力，在-13~-17.9Mpa之间。1/4跨处受力范围为-7.8~-10.7Mpa。两处在张拉时压应力都增加，浇筑时压应力都减小。由于合拢段混凝土浇筑量较小，合拢对两处受力影响不大。
合拢张拉对悬臂根部处影响较大，压应力增加1.5Mpa。
图5 悬臂根部和1/4跨处腹板应力趋势
3 腹板裂缝的发育和成因分析
裂缝A区域受压应力，在-13~-17.9Mpa之间；裂缝位置在0号块和1号块的接缝附近；裂缝宽度在浇筑8号块时，由0.15mm增加到0.21mm，在9号块合拢张拉后，又降低到0.07mm；裂缝出现在腹板上沿。所以，判定裂缝A是建桥后期桥墩附近负弯矩过大引起的
腹板裂缝。
对腹板来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大的截面的混凝土受拉区。箱梁桥合拢前，随着施工进行，悬臂梁板的支座附近所受的负弯矩在增加，腹板上沿局部负弯矩过大，产生垂直裂缝[8]。裂缝自上向下发展，随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，裂缝数增多。
裂缝B 区域受力为压应力，在-7.8~-10.7Mpa之间；裂缝纵横交错，深入的和贯穿性的温度裂缝与腹板短边方向（竖向）接近平行；裂缝具有中间粗，两端细的形态特征；裂缝发生在施工的中后期，缝宽受温度变化影响较明显，在0.05~0.2mm之间变化。因此，裂缝B
是由温度引起的非结构裂缝。
8月下旬的一次冷空气使温度骤然变化，造成箱体内外的温度差，在这种温差的作用下，腹板有轴向变形和弯曲变形。腹板的弯曲变形在超静定结构中不但引起结构的位移，而且因多余约束存在，还要产生结构内部温度应力，当內、外温差变形产生的应力达到混凝土抗拉
强度极限值时，混凝土就要出现裂缝[5]。
4 规范验算
该区域天气严寒，冰盐环境、滨海环境，属Ⅱ类环境。根据《公路钢筋混凝土及预应力
混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004) [11] ，规定设计最大裂缝允许宽度：
（1）采用精轧螺纹钢筋的预应力混凝土构件：Ⅱ类环境0.20mm
（2）采用钢丝和钢绞线的预应力混凝土构件：Ⅱ类环境0.10mm
腹板是纵向采用精轧螺纹钢筋，横向采用钢绞线的预应力混凝土构件。在施工过程中，随着箱梁延长，裂缝A处腹板温度趋于稳定，合拢时，该处温度接近外界最高温度。裂缝A宽度最终稳定在0.11mm。合拢后，桥梁体力发生转换，桥墩附近负弯矩减小，裂缝B收
缩到0.07mm。裂缝A和裂缝B基本满足规范的要求，不会对桥梁运行造成大的影响。