預防大跨PC 梁橋開裂和下撓的措施

■喬 江 ■國家林業局昆明勘察設計院，云南 昆明 650216

通過對國內和國外大跨PC 梁橋開裂和下撓的原因進行分析證明，PC 梁橋出現開裂和下撓主要是因為預應力過于損失以及混凝土收縮徐變造成的。本文通過實際案例，對PC 梁橋開裂和下撓的原因進行了分析，然后提出了預防大跨PC 連續剛構橋開裂和下撓的預防措施，并對其實際應用效果進行了分析。

1 工程實例

某PC 連續剛構橋為一座109m +168m +109m 預應力混凝土的橋梁，引橋使用30、35m 跨預應力混凝土橋梁，主引橋使用薄壁墩作為下部結構，主梁為單箱雙室界面，主梁底部寬度為13.25m，頂部寬度為20.25m，根部梁的高度為7.5m，跨中梁的高度為3m，使用C50 混凝土澆筑。下部單肢薄壁墩使用C40 混凝土，主梁采用縱向預應力進行布置，使用精軋螺紋鋼體力。主梁的空間梁單元有104 個，節點有129個。

2 PC梁橋出現開裂和下撓的原因

2.1 底板縱向裂縫出現的原因

由于底板一般不設置橫向預應力鋼束，在各類荷載的影響下，底板就會產生縱向裂縫。在設計橋梁結構時，為了降低結構自身的重力，跨中位置箱梁設計會比較薄弱，而在底板位置設計的預應力束則比較多，在對預應力束進行張拉時，就會產生比較大的應力，由于底板處布置的鋼筋比較少，就會出現開裂的情況。另外，混凝土的收縮徐變以及溫差應力也是造成底板縱向裂縫的一個主要原因。

2.2 腹板裂縫出現的原因

腹板裂縫屬于結構性裂縫，是一種比較常見的箱梁裂縫，大多數的裂縫會順著梁軸線的25°～50°開裂，裂縫也多出現在剪應力比較大的支座周圍，隨著時間的不斷增加，裂縫會上下延長，并發展至跨中受壓區域，直到其寬度、長度和數量穩定后停止發展。另外一種腹板斜裂縫主要是在施工過程中張拉腹板下彎束造成的，裂縫一般會和彎束管道的走向平行，從監測結果來看，內腹板產生的裂縫要比外腹板裂縫更加嚴重。

2.3 梁體下撓出現的原因

(1)在設計橋梁結構時，為了降低結構自身的重量，一般會根據結構構造來確定箱梁橋腹板的厚度。但是在實際應用的過程中，由于梁底曲線和腹板較薄導致混凝土持久抗剪切儲備能力達不到要求，出現自重誤差，加大了恒載變形。

(2)預應力損失。當PC 梁橋預應力損失后，會增大混凝土的彈性變形，徐變變形也隨著增加，增加的變形會進一步加大預應力損失，重復多次后，隨著預應力損失越來也嚴重，將無法和外荷載產生的拉應力抵消，導致梁體出現了下撓。

(3)梁體出現裂縫。當梁體開裂后會導致應力重分布，增加梁頂板的壓應力，混凝土壓應力的增加不僅造成了彈性應變，并且也會增加徐變系數，導致徐變量變大，產生比較大的應力損失，在這種惡性循環的影響下，會導致PC 梁下撓嚴重。

3 PC梁橋開裂和下撓的預防措施

3.1 PC梁橋開裂的預防措施

3.1.1 腹板裂縫的控制

①加大箱梁腹板的厚度，提升截面的抗剪能力;②使用彎起鋼束布置在腹板內部，除了可以降低腹板的剪應力和主拉應力，并且可以預防預應力混凝土箱梁腹板出現開裂;③由于箱梁腹板產生的主拉力和豎向成45 度左右，如果按照常規的方法布置豎向預應力筋，會影響其對腹板產生的主拉應力。在分析施工可行性后，按照斜向布置的方式來進行豎向預應力筋的布置，并對鋼絞線進行二次張拉，如圖1 所示。實踐證明，斜向布置豎向預應力進行可以提高腹板的抗剪效率，使箱梁腹板的整體斜面的承載力顯著提升。

圖1 豎向預應力筋斜向布置

3.1.2 底板裂縫的控制

①施工過程中，要按照設計要求布置波紋管。一般情況下，底板橫向裂縫多是因為布置不合理導致波紋管和設計位置不符導致偏心距出現了變化，導致抵抗彎矩不夠，出現了橫向開裂;②波紋管在布置時，為了避免預應力摩阻的損失，要盡量保持波紋管的平順性，要充分張拉底板預應力;③懸臂施工過程中，為了降低施工荷載，盡量不要將施工材料堆放在橋面;④盡量不在低溫環境下進行橋梁跨中合攏施工，以免溫度上升造成底板開裂;⑤設計橋梁時，要對橋梁將來運行過程中可能出現的移動荷載進行考慮，充分評估二期荷載。

3.2 PC梁橋下撓的預防措施

3.2.1 跨中合攏頂推

在溫度變化和混凝土徐變的影響下，會導致橋梁橋墩墩頂出現向內的水平偏位，并導致跨中下撓進一步加劇。因此，在施工的過程中，要在中跨合攏之前、邊跨合龍之后，施加水平方向上的頂推力，進而產生和混凝土徐變反方向的水平位移，達到消除混凝凝土徐變變形的目的，使橋梁主墩的受力情況得以改善，降低主梁產生的跨中下撓。本工程使用千斤頂頂推的方式進行合攏頂推，在使用勁性骨架將梁體鎖定。由于本工程橋墩的高度為15.7m，單肢薄壁的厚度為3m，以位移量對頂推力的大小進行控制，在不考慮合攏溫差的影響下，在原設計恒載的影響下，橋墩頂水平偏移為6mm。頂推合攏對跨中撓度的影響如表1所示。

表1 頂推合攏對跨中撓度的影響

從表1 可以看出，墩頂水平位移和頂推10d 的成橋10y 跨中撓度相較于原設計降低了29.3%和21.8%，明顯改善了橋梁下撓的情況。

3.2.2 增強頂板負彎矩鋼束

在豎向荷載和預應力的共同作用下，預應力混凝土屬于一種偏心受壓結構，其徐變主要分為軸向徐變和豎向徐變兩種，在只有軸向力對箱梁造成影響時，在梁高方向上應力的梯度是零，此時箱梁值會產生軸向徐變，并且軸向徐變對預應力箱梁橋的影響比較小，但是在豎向荷載的影響下，沿梁高方向的應力梯度不會為0，會產生影響橋梁后期撓度的豎向徐變，通過增設頂板負彎矩鋼束可以有效調整截面的彎矩，使截面應力梯度保持為0，可以有效抑制混凝土箱梁橋下撓。

4 結論

本工程使用上述方法進行施工后，有效控制了PC 梁橋開裂和下撓的情況，提升了腹板的抗剪性能，降低了主腹板的拉應力，通過在負彎矩區箱梁底部布置鋼骨架使成橋3y 的徐變跨中下撓幅度下降了36.1%，控制效果比較顯著，為類似工程提供了參考經驗。

［1］張楠.預防大跨PC 梁橋開裂和下撓的措施研究［D］.長沙:湖南大學，2012:1 -21.

［2］張開銀，殷亮，惠國旺.PC 梁橋長束縱向預應力筋優化布置研究［J］.交通科技，2009(01):5 -8.