箱梁腹板裂縫的機理分析及預防措施

王　蔚,楊　凱（蘭州交通大學,蘭州　730070）

箱梁腹板裂縫的機理分析及預防措施

王蔚,楊凱
（蘭州交通大學,蘭州730070）

摘要：隨著預應力混凝土連續箱梁橋腹板裂縫成為一個普遍而復雜的問題，人們給予了越來越多得重視，并設法通過采取措施將其控制在一個容許的裂縫寬度之內。本文總結了預應力混凝土連續箱梁橋腹板裂縫出現的規律，對其作用機理進行了簡要的分析，并對腹板裂縫的預防和控制提出了針對性的建議。

關鍵詞：裂縫;作用機理;預防控制

1　腹板斜裂縫

（1）邊跨現澆段和支座附近至L/4跨范圍兩側腹板25°～50°斜向裂縫。如圖1所示。分析認為，這種裂縫屬于結構性裂縫，出現這種裂縫主要是承受了較大的剪應力而腹板抗剪能力又不足以滿足所產生的過大主拉應力要求所引起的。

圖1　預應力連續箱梁橋腹板斜裂縫示意圖

在忽略腹板厚度方向的應力狀態情況下，將箱梁橋復雜的空間應力狀態簡化為雙向應力作用下的平面應力狀態，忽略橫向正應力，在雙向應力狀態下，主應力計算公式為：

由式（1）可知，豎向預應力的存在，能大大減小主拉應力。設計中首先計算出箱梁橋腹板的主拉應力，然后通過合理的調整豎向預應力筋的數量和間距來減小甚至完全消除主拉應力，使得第一第二主應力均為負值（壓應力），不超過混凝土的極限抗拉強度，以此來控制腹板斜裂縫。

可對于變截面箱形梁橋，邊跨直線段箱梁高度較小（高跨比通常為1/25），導致豎向精軋螺紋鋼筋長度較小，施工中往往由于孔道布設不合理和張拉壓漿質量難以保證，導致豎向精軋螺紋鋼筋中的永存預應力損失過大，往往主拉應力大于極限拉力，裂縫難以避免的出現。為了避免預應力混凝土連續箱梁的彎起束摩擦損失較大，也為了方便施工，現在的箱形梁橋多采用縱向預應力束和豎向預應力粗鋼筋的組合布索方式來取代彎起束，通過調整豎向預應力，把主拉應力減小到一定范圍之內，進而控制裂縫的產生，這在理論設計計算中是可行的，可實際上取消彎起束采用這種組合布索方式的預應力箱梁還是不可避免的出現了與水平方向呈45°的斜裂縫。

在設計中對于不同布索方式的選擇要充分考慮由于施工難度大，施工質量難以證引起的預應力尤其是豎向預應力損失，進行充分的論證，不可盲目的為了施工方便而采用縱向預應力束和豎向預應力粗鋼筋的組合布索方式，必要時可以增設彎起束，調整豎向預應力筋的間距，增加腹板的厚度，加密箍筋；同時為了消除主應力空白區，應對箱梁斜截面的抗裂能力進行考慮，適當增加非預應力鋼筋尤其是彎起鋼筋來配合預應力鋼筋提高斜截面抗裂承載能力；由于梁高的限制邊跨梁端抗剪能力差，為了避免梁端剪應力過高，設計中應選擇合適的邊跨和中跨的比例。施工中要對預應力的孔道布設和壓漿工藝進行優化，以保證較短的預應力筋在施工完成之后有充足的有效預應力，從而將主拉應力控制在不超過極限抗拉強度的范圍內，避免腹板斜裂縫的出現。

（2）錨固區出現的的腹板斜裂縫。西南交大結構所通過試驗研究，建議對箱梁分段施工的濕接縫混凝土抗拉強度取0.53的折減系數予以折減；美國《節段式混凝土橋梁設計和施工指導性規范》也規定在計算接縫混凝土強度時，應分別乘以抗彎和抗剪基本強度折減系數，這樣接觸面只存在很低的混凝土抗拉強度。而采用后張法的懸臂澆筑預應力混凝土箱梁橋在懸臂施工中，預應力筋往往錨固在接觸面上，由于預應力筋的錨固所形成的局部高壓應力會在錨頭后會產生拉應力，而錨固區的混凝土抗拉強度折減后很小，如果設計時這一區域的受拉鋼筋配置又不合理，在接縫面上的錨固區往往會形成粗裂縫。

因此對錨固區進行分析，計算錨后拉應力，合理布設間接鋼筋和閉合式箍筋，是預防錨頭處附近產生開裂的有效措施。

2　腹板水平裂縫

該類水平裂縫主要發生在箱梁橋腹板上緣，位于邊跨支座附近和中跨L/4～3L/4之間，分析認為，這主要是豎向正應力超過應力限值所引起的裂縫。

現代混凝土箱梁橋跨度越來越大，特別是對于腹板間距大，橫隔板較少的箱梁，由于采用經典梁理論周邊剛性假定分析箱梁橋的變形，而對箱梁橋空間畸變變形考慮不足，箱梁腹板會產生較大的豎向正應力，甚至大大超過設計應力，這是導致箱梁橋腹板產生水平裂縫的主要原因之一。因此，設計時重視對連續箱梁橋空間畸變變形的分析和研究，能很好地預防控制箱梁橋腹板水平裂縫的產生和發展。

3　腹板水平、斜向組合裂縫

該類組合裂縫：腹板上緣水平裂縫，腹板45°斜向裂縫，位于邊跨支座附近L/4跨范圍和中跨L/4～3L/4之間。分析認為，由于邊跨支座附近是預應力鋼筋錨固集中區，受力復雜，往往由于主拉應力而出現斜裂縫；同時跨中和邊跨直線段由于梁高的限制抗剪能力差，豎向精軋螺紋鋼筋較短，預應力損失嚴重，豎向正應力作用下出現水平裂縫，如圖2所示。鑒于梁高較小區段豎向預應力損失過大，設計時可以考慮采用平行刻痕鋼絲，墩頭錨體系來代替精軋螺紋粗鋼筋。

從預應力混凝土連續箱梁橋腹板裂縫形成的機理來看，混凝土裂縫是一個復雜的問題，是多種因素相互作用的結果。正確的認識腹板裂縫，應根據環境和混凝土的具體情況，首先分析裂縫產生的位置、特征和規律，隨后分析裂縫產生的機理，最后有針對性地從多方面采取預防控制措施。

圖2　腹板水平斜向組合裂縫

參考文獻：

[1]范立礎主編.預應力混凝土連續梁橋[M].北京:人民交通出版社，1988.

[2]中華人民共和國行業標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTGD62-2004）[S].北京：人民交通出版社,2004.

[3]呂建鳴,陳可.預應力混凝土箱梁腹板主應力分析[J].公路交通科技,2005(10).