预应力混凝土箱梁桥开裂的现象较为普遍,已成为桥梁建设中需要重视的技术问题。本文依托嘉鱼长江公路大桥主桥的建设,对混凝土箱梁早龄期受力状态和开裂控制展开研究,以期为问题的解决提供技术支撑。本文结合交通运输部科技计划项目“混合梁斜拉桥PC宽箱梁品质提升关键技术研究”(项目编号为:2018-MS1-017),对普通C55混凝土箱梁和RPC(Reactive Powder Concrete)钢混结合段的水化热温度场及其应力场、节段现浇预应力混凝土箱梁的早龄期受力性能等问题进行了研究,主要内容包括:1.PC宽箱梁水化热温度场及其应力场(1)在施工现场对混凝土进行取样,测试了嘉鱼长江公路大桥北边跨箱梁混凝土的早龄期力学性能。结果表明:养护条件对混凝土早龄期强度的发展有较大影响,现场养护试件的强度低于标养试件,且这种强度差异随混凝土龄期增大逐渐增大。(2)测试了混凝土PC宽箱梁的水化热温度场,结合混凝土早龄期材料性能的实测结果,建立有限元模型分析箱梁水化热温度场及其温致应力场。结果表明:箱梁混凝土的峰值温度在浇筑后1d左右出现,箱梁风嘴位置由于存在内外温差可能会出现较大的温致应力,可能导致混凝土开裂。2.RPC钢混结合段水化热温度场及其应力场(1)测试了嘉鱼长江公路大桥RPC钢混结合段及附近区域梁段施工过程中的水化热温度场。结果表明:RPC及C55普通混凝土热学性能存在较大不同,RPC段及RPC与C55混合区域的温度均在2d左右达到峰值,在12d达到稳定,而C55普通混凝土的温度在1d左右达到峰值,在9d时达到稳定;(2)结合RPC及混合区域混凝土早期力学性能测试及水化热温度场的实测结果,建立RPC钢混结合段及附近梁段的有限元模型,分析了混凝土施工期间的水化热温度场和温致应力场。结果表明:RPC及混合区域水化热温度较高,在2d风嘴处内部测点温度达到110.4°C,此期间风嘴内外温差较大,高达40~50℃,在无钢箱梁约束区域会因为内外温差过大,在混凝土表面产生较大的拉应力,可能会导致混凝土开裂。同时由于受到整体温度场的影响,普通混凝土段会因不同混凝土区域间的温差过大引起较大的温致拉应力。因此,在实际施工时,应优化原材料配合比、降低入模温度及布置冷却水管等措施以降低RPC段及混合区域混凝土的温度,防止结构内产生过大的温致应力。3.节段现浇预应力混凝土箱梁后浇节段早龄期受力分析(1)基于嘉鱼长江公路大桥北边跨混凝土箱梁进行的预应力张拉效应测试,建立预应力混凝土箱梁的有限元模型,研究了标准节段箱梁在早龄期张拉时的结构性能,分析了相邻节段浇筑龄期差及预应力张拉龄期对混凝土箱梁早龄期受力性能的影响。结果表明:箱梁会因混凝土收缩效应引起较大的拉应力,并在相邻梁段接缝附近产生拉应力带;早龄期张拉预应力能在结构上形成预压应力以抵抗施工期间收缩、徐变或者温度等造成的不良拉应力。但若标准节段过早过大地张拉预应力,会导致箱梁风嘴内侧及人洞处产生裂缝。此外,过早张拉预应力还会增大箱梁预应力损失。因此,建议预应力张拉时混凝土龄期应大于5d。(2)为研究分析后浇湿接缝在施工期间因相邻节段约束引起的收缩应力,建立嘉鱼长江公路大桥湿接缝及相邻梁段的有限元模型,研究了箱梁在混凝土收缩作用下的应力场,并对不同的预应力张拉方案进行了分析。结果表明:湿接缝在混凝土收缩和相邻节段约束作用下,其在混凝土浇筑后第3天在结合面位置由收缩导致的拉应力达到了1.8MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的87%,因此需在此时进行预应力的张拉以降低混凝土拉应力,以防止混凝土在早龄期开裂;若湿接缝按常规方案张拉预应力,湿接缝早龄期最大主拉应力均小于混凝土即时抗拉强度,但其28d最大主拉应力为2.75MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的93%,存在开裂风险;在本文提出的张拉方案下,湿接缝在早龄期最大主拉应力比常规方案降低了22.2%~32%,有效保证了后浇湿接缝在早龄期的抗裂性要求。