預應力箱梁梁體裂縫成因分析及防護措施

趙華清

摘 要：預應力箱梁梁體裂縫的表現形式比較復雜，包括設計時未合理考慮溫度應力，對超靜定預應力混凝土連續梁橋設計中的次內力計算不正確等引起的裂縫，或者是由于施工方法及施工工藝不當產生的裂縫。預應力作用以及滑道和拉錨器等頂推裝置的影響均可能造成頂推箱梁梁體開裂。箱梁橋頂推梁開裂主要分布在箱梁底板與腹板相交的承托部位，本文分析了彎橋頂推中梁體裂縫成因，并闡述了有效的控制措施，確保橋梁工程的安全性。

關鍵詞：預應力箱梁梁體裂縫；防護

預應力箱梁梁體裂縫產生的根本原因不是結構的強度，而是由于外在約束導致結構變形產生的。引起抗彎和抗剪能力不足的原因是多方面的，對預應力筋曲率引起的應力估計不足。在施工技術應用上不滿足對正常結構所需要的施工要求。而一般引起預應力混凝土箱形梁開裂只產生較小的在允許限度內的應力或超應力。但是由于應力疊加的出現，以致會因為超應力而導致裂縫。

1 預應力箱梁梁體裂縫成因分析

1.1 設計上的不足

首先由于平面桿系計算代替空間分析計算，這種做法在在結構計算中，會導致抗剪計算不夠充分，造成抗剪鋼筋配置不足；其次是預應力引起的剪力效應沒有得到充分的認識由于前后載對梁受力狀態影響較小?？绲暮奢d既有縱向影響，也有橫向影響。設計者忽視了對箱梁細部構造的考慮，使得截面橫隔板日漸減少， 底板、 腹板偏薄。部分預應力混凝土連續箱梁橋，在梁的跨中易出現裂縫。有的預應力連續箱梁橋的設計對混凝土的彈性模量沒作具體的規定，而實際上混凝土彈性模量的高低還達不到結構設計的要求，使結構產生裂縫。

1.2 施工工藝不當

在箱梁預制模板施工中，芯模拆除采用開天窗方法施工。拆除內芯模板時由于操作不當，出現多次撞擊，此時混凝土強度較低，導致了鋼筋與混凝土的握裹程度不高，從而大大降低了鋼筋與混凝土的握裹力，甚至使由于模板與鋼筋多次撞擊影響了抗拉強度或者是出現了拆除模板不當，由于箱梁施工中多采用大塊整體鋼模板需用吊裝機械配合作業，因操作不當使翼緣板受到向上的外力作用，使其根部產生裂縫。同時在振搗中，工作人員往往忽視了箱梁頂板的振搗，導致振搗棒作業間距、振搗時間沒有達到標準，致使箱梁頂板不密實。

1.3 預應力加載歷史對抗裂和耐久不利

PC 箱梁大都采用懸臂澆筑施工的，這種施工方式從微觀結構的角度分析，早期施加的應力當由早期結硬的混凝土“骨架”承擔，后期水化的水泥顆粒逐步硬結，只有再次加載才能逐步參與受力，混凝土內部的受力骨架承擔的應力要遠大于后期水化的水泥顆粒?；炷羶炔克嗟乃M程之間尚存在一定的應力，但早強混凝土脆性特點明顯，在微觀結構上應力狀態的能力差，進一步加劇微裂縫的出現

2 預應力箱梁梁體裂縫成因的防護措施

2.1 強化設計

由于預應力箱梁梁體薄構件易受到溫度、收縮和徐變的影響， 所以薄部件混凝土澆筑要嚴格按規范進行。漏振的混凝土不僅外觀上出現麻面蜂窩，而且強度也大大降低。當橋面寬度大于20m時，應對橋面橫向不對稱荷載對箱體產生的不利影響進行受力分析。在頂底板布置加強鋼筋網，降低箱室與箱室間的溫度差異來控制溫度應力。選擇合適的溫度梯度曲線進行設計計算。如果允許出現裂縫則對耐久性產生不利影響。在大跨度預應力混凝土箱形梁橋中，特別是超靜定結構體系是預應力混凝土箱形梁產生開裂的主要原因。而溫度梯度很難與實際的溫度場相符合，因此在計算溫度應力時就必須建立合理的溫度場模型，選擇合理的溫度梯度曲線。

2.2 優化施工工藝

首先是進行預應力混凝土箱梁預制各道工序的技術交底工作，使各道工序作業有章可循，實行規范化作業，程序化施工。

其次是改進預應力施工工藝，進一步增加結構的整體耐久性。一是降低水化熱來減小收縮變形。由于礦渣微粉減小收縮能力不如粉煤灰。礦粉與粉煤灰復摻是避免水泥早期強度過高這一弊端的有效途徑；二是采用真空輔助壓漿技術，采用豎向預應力設計的箱梁能有效的減少預應力損失。對提高力筋的耐久性具有顯著的作用。

2.3 預應力加大抗裂和耐久技術

首先是了解結構受力特性對混凝土抗裂性能，預應力大跨度連續剛構引起的作用效應有：彎曲、扭轉、剪滯、畸變等，對其作用效應產生很大的影響。由于作用時機的復雜性，設計人員必須找出影響混凝土抗裂性能的關鍵因素及其作用規律。

其次是加強箱梁關鍵部位的配筋設計，結構分析計算中應計入高強混凝土、變厚度等因素的影響。同時必須考慮諸多因素的影響：在設計中，預應力腹板厚度對抗剪設計至關重要，預應力管道引起的應力集中均也不容忽視，必要的體外預應力提供了一種可供選擇的力筋更換形式。體外預應力對橋梁正常使用狀態的健康監測提供方便。通過錨固塊和數個轉向塊與橋梁主體結構相互作用，可進一步改善橋梁的使用性能。可以部分甚至全部代替箱梁中的連續預應力索，以改進混凝土施工方法，能有效降低各種侵蝕性介質的滲透，避免減少混凝土中產生不確定的次生應力。

總之，大跨度箱梁結構在施工的受力極為復雜，加上混凝土材料的彈塑性等特性，導致對跨度箱梁結構在各階段的受力特點難以完全把握。因此，在充分把握材料特性的基礎上應加強結構設計人員概念設計，建立和完善結構分析方法，針對結構受力復雜部位從受力性能的角度解決裂縫控制問題，采取合理的設計施工對大跨度箱梁結構抗裂控制意義重大。

參考文獻

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（作者單位：黑龍江永拓工程項目管理有限責任公司）