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摘要：本文论述了预应力在混凝土桥梁工程中的局部承压验算，分析了裂缝的成因和防治措施，以及其质量控制。
关键词：预应力承压验算裂缝控制 质量管理
Abstract: this article discusses the prestressed concrete bridge engineering in the checking of local pressure, analyzed the causes of cracks and prevention and control measures, and its quality control.
Key words: calculating prestressed confined crack control of quality management
中图分类号：U443.15+7文献标识码：A 文章编号：
前言
目前，随着改革开放的深入和经济的高速发展，区域经济日趋密切，我国预应力技术在桥梁工程中的应用进入了一个辉煌时期，在中华大地上建设了一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代品位和科技含量高的大跨径斜拉桥、悬索桥、拱桥、连续刚构桥，积累了丰富的桥梁设计和施工经验。
预应力是指在构件（或结构）中预先施加应力。预应力技术包括结构的设计计算、预应力的施加与锚固、预应力材料等方面。预应力混凝土就是在结构承受荷载之前，预先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布能将使用荷载（或作用）产生的应力抵消到一个合适的程度，从而使混凝土构件在使用荷载（或作用）下不致开裂、推迟开裂，或减小裂缝开裂宽度。预应力在预应力混凝土结构中的作用如图1-1所示。
1预应力混凝土桥梁的局部承压验算
以边跨腹板G1钢绞线束为例进行验算，锚座在齿板锚槽布置。已知条件：锚垫板的尺寸27cm×27cm×Ф14cm；钢绞线的张拉控制力2461.2kN；锚下混凝土强度C50；锚下螺旋钢筋HRB335（Ф20）。
1.1预应力混凝土桥梁的局部受压区抗压承载力验算
所以， ,满足局部抗压承载力要求。
1. 2预应力混凝土桥梁的局部受压区抗裂验算
根据式(2-48)
，满足混凝土抗裂要求。
2预应力混凝土裂缝控制管理
根据目前世界上经济实力较强国家桥梁发展状况，多数桥梁仍是混凝土结构（包括钢筋混凝土和预应力混凝土），特别是欧洲各国。日本以前的桥梁多用钢结构，但据近20年统计，钢桥比例在下降，而预应力混凝土桥比例在上升，这说明混凝土桥梁正以其自身优势，逐步占主导地位。
我国目前的公路桥梁，混凝土结构占统治地位。预计今后除少数跨越大江（河）、海湾的特大型桥梁采用钢结构外，绝大多数公路桥梁仍然以混凝土结构为主。有混凝土结构存在，就会有裂缝存在。通过分析混凝土结构可以看到，钢筋混凝土结构在理论和设计上就存在“受拉区”，假定拉力由钢筋承担，受拉边只验算钢筋的拉应力，此时混凝土允许开裂，限制裂缝宽度。而预应力混凝土结构是用预应力钢筋对结构的受拉区施加预应力，使受拉区处于预压状态，使用阶段不出现或出现较小拉应力，避免开裂或控制裂缝宽度。实际调查发现，预应力混凝土结构也开裂，全预应力结构也不例外。
根据建成的公路预应力混凝土大跨径连续梁桥和连续刚构桥的裂缝统计，这些桥梁出现裂缝的情况归纳为以下几种：
（1）在边跨支点附近10~15m范围出现呈约45°的斜裂缝，最大裂缝宽度达0.75mm。
（2）在主跨1/4和边跨1/2附近出现呈25~45°斜裂缝，最大裂缝宽度0.60mm。
（3）箱梁顶、底板出现不连续的纵向裂缝，桥面防水层未做好，出现渗水，最大裂缝长达14m，宽度达0.83mm。
（4）箱梁底板沿预应力钢束方向的纵向贯通裂缝，最大裂缝长度达58m，宽度达0.4mm。
2.1预应力混凝土裂缝成因
2.1.1混凝土结硬过程产生的裂缝
（1）收缩裂缝
混凝土结硬时，水和水泥颗粒结合使体积减小称为凝缩。水泥水化热作用所需水量仅为水泥重量的10%~15%，而实际使用的水超过水泥用量的40%，多余的水在混凝土结硬过程中蒸发了，使体积减小，称为干缩。凝缩与干缩合称收缩。
（2）温度裂缝
桥梁结构的裂缝几乎总是由于温度的内应力或约束应力引起，也是粗裂缝产生的主要原因。以下情况易产生温度裂缝：
①大体积混凝土（厚度超过80cm，如桥墩、承台、锚碇等）结硬时的水化热散热措施不当，内外温差超过25℃引起。
②冬季施工及蒸养措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温差不均匀引起。
③构件较长而两端被约束，由于周围环境温度变化产生的附加温度应力引起。
④新、旧混凝土结缝处，沿接缝面中部的垂直方向，由于新旧混凝土之间的温差，或由于旧混凝土龄期较长，收缩大部分完成，加之新浇注混凝土构件截面薄、宽度大，结硬时受阻等原因引起。
⑤混凝土结构中预埋件焊接措施不当，使钢件附近混凝土产生温差过大引起。
2.1.2使用阶段产生的裂缝
（1）弯曲裂缝
一般是垂直裂缝，混凝土构件受弯矩作用产生的裂缝。首先出现在弯矩最大截面的受拉区，梁、板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底缘向上发展，下宽上窄；负弯矩裂缝位于连续梁的支点或悬臂梁根部上缘，裂缝从上向下发展，上宽下窄。
（2）剪切裂缝
又称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位，一般发生在支点附近，由主拉应力引起沿中性轴呈25°~45°开裂。随荷载增大，裂缝长度不断向受压区发展，裂缝数量不断增加并分叉，裂缝区域逐渐向跨中方向发展。
（3）扭曲裂缝
混凝土构件受扭转与弯曲共同作用而产生的裂缝为扭曲裂缝。一般呈45°倾斜，并有多條。裂缝出现后混凝土保护层剥落。
（4）断开裂缝
混凝土受拉时截面产生的裂缝为断开裂缝。这类裂缝是受拉构件在荷载作用下产生的，并沿正截面开展。这种断开裂缝在公路桥梁构件中相对较少。
（5）局部应力裂缝
局部应力较大引起的裂缝，主要出现在支座、锚头等局部应力较大或突然遭撞击的部位。
2.3减少裂缝的措施
2.3.1施工方面
混凝土结构出现裂缝或其他缺陷，施工质量是主要原因。实际施工过程中，应采取以下措施：科学设计混凝土配合比；保证模板和支架的刚度；合理安排施工顺序；加强薄弱部位混凝土的振捣（可采用了二次振捣技术），提高抗裂性；检查局部构造钢筋的设置；严格按照设计进行预应力张拉等。
2.3.2裂缝的处理
为使裂缝不至于对结构产生过大的危害，保证桥梁的正常使用，当裂缝发生后，应分析裂缝发生的原因，采取适当的方法进行修补，控制裂缝的发展.
(1)影响较小的裂缝
对于混凝土收缩裂缝或对于箱梁主体结构受力影响不大的微小裂缝，为了美观和防止钢筋生锈需进行处理，一般采用环氧树脂进行表面涂刷处理。处理步骤：对裂缝表面进行清理，用钢丝刷将其表面的灰尘、浮渣、油垢等清除，并沿缝用丙酮清洗，晾晒干燥，且其含水率不大于6%，然后将配置好的环氧树脂沿裂缝涂刷。从涂料加入固化剂起，必须在30min内涂刷处理完毕。
(2)因箱梁过早受力等原因引起的裂缝
由于在桥梁使用阶段，这样的裂缝仍有可能发展，一般采用弹塑性、延伸性好的树脂砂浆进行填充密封。处理步骤：①沿裂缝凿出8~40mm、深度大于10mm的凹槽，用钢丝刷将灰尘、浮渣、油垢清除，用丙酮清洗、晾晒，含水率不大于6%；②在清洁的混凝土凹槽内，薄而均匀的涂刷树脂底胶料，不得有漏涂和流坠现象；③涂完底胶后，自然固化12h，然后用树脂砂浆在凹槽内分层填堵，每层厚度不大于5mm，树脂砂浆需压平压实；④树脂砂浆自然固化24h后，用树脂底胶料封闭，封闭宽度大于树脂砂浆缝宽，且每边超出2~3mm。
(3)箱梁顶板裂缝
箱梁顶板需要很好的防水性能，因此裂缝应认真进行修补处理。可以用环氧树脂配固化剂、丙酮以1:0.5:0.25的配比进行表面铺设法修补。施工时将裂缝周围5cm范围内混凝土用钢丝刷刷毛并吹干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次；然后涂抹环氧树脂，粘贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。当裂缝宽度较大时，可先采用填充密封法封堵裂缝，然后进行表面铺设修补。
(4)箱梁腹板裂缝
对此类裂缝的处理要配合采用一些加固措施，目前常用的方法是在箱梁腹板裂缝处粘贴钢板条、碳纤维布等，并对其进行压浆及封闭处理。对于宽度不超过0.2mm的裂缝，可采用环氧树脂进行表面封闭；对于宽度超过0.2mm的裂缝，采用加压灌入环氧树脂浆液进行修补。施工前首先判明裂缝产生的原因，对于贯通腹板的裂缝，应在箱梁内外对裂缝分别采用以上方法进行封闭修补。裂缝处理后，可用水泥浆或其他涂料对箱梁进行装饰，使其外观平整美观。
3总结
预应力混凝土结构施工工艺复杂，预应力反拱不易控制，后张法管道压浆不易密实，必须合理的进行设计、认真的组织施工。通过理论计算及预应力曲线的定位控制，合理确定预应力筋下料长度，避免了材料浪费；采用张拉应力及预应力筋理论伸长值与实际伸长值对比双控的方法，保证预应力的施加达到设计要求。对预应力混凝土局部承压区进行了验算，并对裂缝的成因、预防和处治进行了总结，具有一定的工程应用价值。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：预应力承压验算裂缝控制 质量管理
Abstract: this article discusses the prestressed concrete bridge engineering in the checking of local pressure, analyzed the causes of cracks and prevention and control measures, and its quality control.
Key words: calculating prestressed confined crack control of quality management
中图分类号：U443.15+7文献标识码：A 文章编号：
前言
目前，随着改革开放的深入和经济的高速发展，区域经济日趋密切，我国预应力技术在桥梁工程中的应用进入了一个辉煌时期，在中华大地上建设了一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代品位和科技含量高的大跨径斜拉桥、悬索桥、拱桥、连续刚构桥，积累了丰富的桥梁设计和施工经验。
预应力是指在构件（或结构）中预先施加应力。预应力技术包括结构的设计计算、预应力的施加与锚固、预应力材料等方面。预应力混凝土就是在结构承受荷载之前，预先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布能将使用荷载（或作用）产生的应力抵消到一个合适的程度，从而使混凝土构件在使用荷载（或作用）下不致开裂、推迟开裂，或减小裂缝开裂宽度。预应力在预应力混凝土结构中的作用如图1-1所示。
1预应力混凝土桥梁的局部承压验算
以边跨腹板G1钢绞线束为例进行验算，锚座在齿板锚槽布置。已知条件：锚垫板的尺寸27cm×27cm×Ф14cm；钢绞线的张拉控制力2461.2kN；锚下混凝土强度C50；锚下螺旋钢筋HRB335（Ф20）。
1.1预应力混凝土桥梁的局部受压区抗压承载力验算
所以， ,满足局部抗压承载力要求。
1. 2预应力混凝土桥梁的局部受压区抗裂验算
根据式(2-48)
，满足混凝土抗裂要求。
2预应力混凝土裂缝控制管理
根据目前世界上经济实力较强国家桥梁发展状况，多数桥梁仍是混凝土结构（包括钢筋混凝土和预应力混凝土），特别是欧洲各国。日本以前的桥梁多用钢结构，但据近20年统计，钢桥比例在下降，而预应力混凝土桥比例在上升，这说明混凝土桥梁正以其自身优势，逐步占主导地位。
我国目前的公路桥梁，混凝土结构占统治地位。预计今后除少数跨越大江（河）、海湾的特大型桥梁采用钢结构外，绝大多数公路桥梁仍然以混凝土结构为主。有混凝土结构存在，就会有裂缝存在。通过分析混凝土结构可以看到，钢筋混凝土结构在理论和设计上就存在“受拉区”，假定拉力由钢筋承担，受拉边只验算钢筋的拉应力，此时混凝土允许开裂，限制裂缝宽度。而预应力混凝土结构是用预应力钢筋对结构的受拉区施加预应力，使受拉区处于预压状态，使用阶段不出现或出现较小拉应力，避免开裂或控制裂缝宽度。实际调查发现，预应力混凝土结构也开裂，全预应力结构也不例外。
根据建成的公路预应力混凝土大跨径连续梁桥和连续刚构桥的裂缝统计，这些桥梁出现裂缝的情况归纳为以下几种：
（1）在边跨支点附近10~15m范围出现呈约45°的斜裂缝，最大裂缝宽度达0.75mm。
（2）在主跨1/4和边跨1/2附近出现呈25~45°斜裂缝，最大裂缝宽度0.60mm。
（3）箱梁顶、底板出现不连续的纵向裂缝，桥面防水层未做好，出现渗水，最大裂缝长达14m，宽度达0.83mm。
（4）箱梁底板沿预应力钢束方向的纵向贯通裂缝，最大裂缝长度达58m，宽度达0.4mm。
2.1预应力混凝土裂缝成因
2.1.1混凝土结硬过程产生的裂缝
（1）收缩裂缝
混凝土结硬时，水和水泥颗粒结合使体积减小称为凝缩。水泥水化热作用所需水量仅为水泥重量的10%~15%，而实际使用的水超过水泥用量的40%，多余的水在混凝土结硬过程中蒸发了，使体积减小，称为干缩。凝缩与干缩合称收缩。
（2）温度裂缝
桥梁结构的裂缝几乎总是由于温度的内应力或约束应力引起，也是粗裂缝产生的主要原因。以下情况易产生温度裂缝：
①大体积混凝土（厚度超过80cm，如桥墩、承台、锚碇等）结硬时的水化热散热措施不当，内外温差超过25℃引起。
②冬季施工及蒸养措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温差不均匀引起。
③构件较长而两端被约束，由于周围环境温度变化产生的附加温度应力引起。
④新、旧混凝土结缝处，沿接缝面中部的垂直方向，由于新旧混凝土之间的温差，或由于旧混凝土龄期较长，收缩大部分完成，加之新浇注混凝土构件截面薄、宽度大，结硬时受阻等原因引起。
⑤混凝土结构中预埋件焊接措施不当，使钢件附近混凝土产生温差过大引起。
2.1.2使用阶段产生的裂缝
（1）弯曲裂缝
一般是垂直裂缝，混凝土构件受弯矩作用产生的裂缝。首先出现在弯矩最大截面的受拉区，梁、板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底缘向上发展，下宽上窄；负弯矩裂缝位于连续梁的支点或悬臂梁根部上缘，裂缝从上向下发展，上宽下窄。
（2）剪切裂缝
又称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位，一般发生在支点附近，由主拉应力引起沿中性轴呈25°~45°开裂。随荷载增大，裂缝长度不断向受压区发展，裂缝数量不断增加并分叉，裂缝区域逐渐向跨中方向发展。
（3）扭曲裂缝
混凝土构件受扭转与弯曲共同作用而产生的裂缝为扭曲裂缝。一般呈45°倾斜，并有多條。裂缝出现后混凝土保护层剥落。
（4）断开裂缝
混凝土受拉时截面产生的裂缝为断开裂缝。这类裂缝是受拉构件在荷载作用下产生的，并沿正截面开展。这种断开裂缝在公路桥梁构件中相对较少。
（5）局部应力裂缝
局部应力较大引起的裂缝，主要出现在支座、锚头等局部应力较大或突然遭撞击的部位。
2.3减少裂缝的措施
2.3.1施工方面
混凝土结构出现裂缝或其他缺陷，施工质量是主要原因。实际施工过程中，应采取以下措施：科学设计混凝土配合比；保证模板和支架的刚度；合理安排施工顺序；加强薄弱部位混凝土的振捣（可采用了二次振捣技术），提高抗裂性；检查局部构造钢筋的设置；严格按照设计进行预应力张拉等。
2.3.2裂缝的处理
为使裂缝不至于对结构产生过大的危害，保证桥梁的正常使用，当裂缝发生后，应分析裂缝发生的原因，采取适当的方法进行修补，控制裂缝的发展.
(1)影响较小的裂缝
对于混凝土收缩裂缝或对于箱梁主体结构受力影响不大的微小裂缝，为了美观和防止钢筋生锈需进行处理，一般采用环氧树脂进行表面涂刷处理。处理步骤：对裂缝表面进行清理，用钢丝刷将其表面的灰尘、浮渣、油垢等清除，并沿缝用丙酮清洗，晾晒干燥，且其含水率不大于6%，然后将配置好的环氧树脂沿裂缝涂刷。从涂料加入固化剂起，必须在30min内涂刷处理完毕。
(2)因箱梁过早受力等原因引起的裂缝
由于在桥梁使用阶段，这样的裂缝仍有可能发展，一般采用弹塑性、延伸性好的树脂砂浆进行填充密封。处理步骤：①沿裂缝凿出8~40mm、深度大于10mm的凹槽，用钢丝刷将灰尘、浮渣、油垢清除，用丙酮清洗、晾晒，含水率不大于6%；②在清洁的混凝土凹槽内，薄而均匀的涂刷树脂底胶料，不得有漏涂和流坠现象；③涂完底胶后，自然固化12h，然后用树脂砂浆在凹槽内分层填堵，每层厚度不大于5mm，树脂砂浆需压平压实；④树脂砂浆自然固化24h后，用树脂底胶料封闭，封闭宽度大于树脂砂浆缝宽，且每边超出2~3mm。
(3)箱梁顶板裂缝
箱梁顶板需要很好的防水性能，因此裂缝应认真进行修补处理。可以用环氧树脂配固化剂、丙酮以1:0.5:0.25的配比进行表面铺设法修补。施工时将裂缝周围5cm范围内混凝土用钢丝刷刷毛并吹干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次；然后涂抹环氧树脂，粘贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。当裂缝宽度较大时，可先采用填充密封法封堵裂缝，然后进行表面铺设修补。
(4)箱梁腹板裂缝
对此类裂缝的处理要配合采用一些加固措施，目前常用的方法是在箱梁腹板裂缝处粘贴钢板条、碳纤维布等，并对其进行压浆及封闭处理。对于宽度不超过0.2mm的裂缝，可采用环氧树脂进行表面封闭；对于宽度超过0.2mm的裂缝，采用加压灌入环氧树脂浆液进行修补。施工前首先判明裂缝产生的原因，对于贯通腹板的裂缝，应在箱梁内外对裂缝分别采用以上方法进行封闭修补。裂缝处理后，可用水泥浆或其他涂料对箱梁进行装饰，使其外观平整美观。
3总结
预应力混凝土结构施工工艺复杂，预应力反拱不易控制，后张法管道压浆不易密实，必须合理的进行设计、认真的组织施工。通过理论计算及预应力曲线的定位控制，合理确定预应力筋下料长度，避免了材料浪费；采用张拉应力及预应力筋理论伸长值与实际伸长值对比双控的方法，保证预应力的施加达到设计要求。对预应力混凝土局部承压区进行了验算，并对裂缝的成因、预防和处治进行了总结，具有一定的工程应用价值。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。