大跨徑預應力連續箱梁開裂原因分析

劉俊勇

(黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

大跨徑預應力連續箱梁開裂原因分析

劉俊勇

(黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

介紹了大跨徑預應力連續箱梁開裂原因。主要包括混凝土材料性能不好引起的裂縫、設計方面引起裂縫的原因和施工方面引起裂縫的原因。

箱梁;開裂;原因

1 混凝土材料性能不好引起的裂縫

目前在修建的大跨徑預應力混凝土橋梁中，常采用C50以上級別的高標號混凝土。但通過這些大型橋梁的建設、使用，發現目前使用的高標號混凝土存在如下問題：

(1)水泥標號低，用量大。由于受到工程造價、材料等因素的制約，高標號混凝土大多采用425#水泥配制。采用低標號的水泥配置高標號混凝土，加之施工工期的要求，必然要加大水泥用量，從而造成水泥用量過大，某些橋梁混凝土中的水泥用量達到了500～550 kg/m3。

(2)混凝土材料的控制指標較為單一。不少施工單位在配合比設計時，往往把強度作為唯一的控制指標，按規范要求或以往經驗進行一組配合比設計，試配后強度達到要求就算完成了;若達不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，只重視混凝土的強度，而忽略了混凝土的收縮量、徐變性能、堿含量、氯離子含量等性能指標。水泥用量過多，往往導致混凝土早期收縮裂縫的產生和徐變增大，而且也相應增加了施工成本。

(3)由于水泥用量大，混凝土材料控制指標單一，導致混凝土的收縮變形較大，容易引起早期開裂現象。最常見的開裂表現為頂板縱向裂縫、底板縱向裂縫、沿管道縱向裂縫等，影響了橋梁的受力和安全使用，降低了結構的耐久性。

(4)混凝土的后期徐變變形與水泥用量有關，水泥用量越大，其后期變形就越大，往往導致主梁跨中后期撓度過大、腹板、底板開裂，降低了結構的承載力和安全性。

混凝土的材料性能決定了橋梁的工作性能和耐久性。如果混凝土配合比設計不合理，即使設計再先進，施工再精細，管理再嚴格，也很難避免橋梁出現開裂、下撓等問題，就有可能導致結構耐久性的最終破壞，降低橋梁的使用壽命，并對橋梁的安全性造成極大的威脅。

2 設計方面引起裂縫的原因分析

(1)目前在橋梁設計中廣泛使用桿系有限元計算理論，在處理箱梁這種空間效應突出的結構時，在很多情況下將產生較大誤差，如不能考慮溫度場的空間分布、不能考慮荷載偏載影響等，對箱梁的剪力滯效應、扭轉應力、畸變應力等不能準確計算。

(2)溫度梯度會引起很大的應力，是導致連續梁橋出現裂縫的主要原因。目前在橋梁設計中，采用我國公路橋梁規范規定的溫度模式。但由于我國不同地區的氣候條件和地理環境差別較大，采用規范規定的統一溫度模式與實際出入較大，導致不能從理論上準確分析溫度作用下箱梁截面的應力分布規律及其對裂縫的影響。

另外，在施工過程中，由于太陽直接照射在箱梁頂板上，導致頂板的溫度要大大超過規范值，從而在箱梁內引起很大的溫度應力，導致箱梁在施工過程中的開裂。

(3)目前在進行設計時，很難對箱梁的細部(如錨固區、橫隔梁、0#塊、頂板底板腹板的橫向效應等)進行詳細的分析，只是按照類似經驗或構造要求進行設計配筋。實際上，這些部位應力分布復雜，僅憑簡單的計算無法把握其真實的應力狀態。

(4)混凝土的收縮、徐變是引起箱梁開裂的主要原因。但準確計算混凝土收縮、徐變的影響較為困難，主要在于混凝土的收縮、徐變參數較難確定，很難從理論上建立能夠準確反映橋梁實際情況的徐變分析模型，不能準確地評估混凝土收縮、徐變對結構裂縫的影響程度。

(5)設計與施工脫節。在設計中未能考慮施工中實際存在的問題，如節段間齡期差導致的混凝土收縮差，施工期間的溫度作用、模板的摩阻力等，未能在設計中采取有效措施，從而導致了箱梁的開裂。

(6)在大跨徑預應力混凝土橋梁中，常常設置構造鋼筋，主要是為了提高抗裂性，防止由于設計或施工原因、溫度應力與局部應力、一些難以分析的因素(如計算時采用平截面假定，但很多區域并不適用，如截面突變處、孔道、槽口端部，很大的集中荷載、反力或后張預應力作用變向的區域、橫隔梁或接縫處)等導致的裂縫。但目前箱梁中的構造鋼筋普遍偏少，且大多沿用中小橋梁普通鋼筋的配置方式，沒有考慮到大跨徑橋梁箱形截面的受力特點。

(7)在施工過程中，太陽直接照射在箱梁頂板表面上，導致箱梁的溫度梯度模式與規范規定的模式相差甚遠。但由于設計階段依據的是規范溫度模式，因此，箱梁將受到與設計不符的溫度作用，從而導致頂板預應力的設計不滿足施工階段的要求，使得箱梁在施工階段即出現開裂現象。

3 施工方面引起裂縫的原因分析

(1)箱梁裂縫尤其是早期裂縫的出現，與混凝土的施工工藝有很大關系。混凝土的拌制、澆注、養護條件等對混凝土的性能有很大的影響，施工條件好、養護條件好的施工可以減少箱梁裂縫，減小后期撓度。

另外，由于高強混凝土水灰比小，在強度形成的早期需水量大，若施工中模板拆除較晚，將導致混凝土表面出現收縮裂縫。

(2)高強度精軋螺紋鋼筋常作為橋梁結構的豎向預應力筋用于混凝土箱梁腹板中。由于對其錨固及錨固過程中的應力損失不能做到有效控制，導致豎向預應力不滿足設計要求甚至失效，這是目前箱形預應力混凝土結構腹板出現裂紋的主要原因之一。

U445.7

C

1008-3383(2012)11-0086-01

2012-06-12