寬幅預應力混凝土箱梁防變形抗裂關鍵技術研究

文 新 平

(荊州理工職業學院，湖北 荊州 434000)

0 引言

隨著社會的不斷發展，交通壓力越來越大，環境保護與文明施工要求越來越高，安全、耐久、經濟、美觀等要求將同步提高，短線匹配法預制拼裝節段箱梁工藝將得到更加廣泛的利用[1-5]，為了滿足橋梁越來越高的通行能力要求，寬幅預應力混凝土節段預制箱梁的應用前景越來越好，但與此同時，對橋梁結構的自身質量的要求也越來越高，且質量實行質量終身責任制，要求混凝土耐久性必須得到保障，寬幅預應力箱梁在存放、吊裝、轉運過程中合理變形和無裂紋是未來節段預制箱梁的必然要求[6-9]。

文章結合虎門二橋工程箱梁轉運過程，研究了寬幅預應力預制節段箱梁增加對拉鋼絞線及普通抗裂鋼筋后的位移及拉應力，并探討了兩種抗裂防變形措施的利與弊，為后續類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

虎門二橋項目起點位于廣州市南沙區東涌鎮，與珠江三角洲經濟區環形公路南環段對接，沿線跨越珠江大沙水道、海鷗島、珠江坭洲水道，終點位于東莞市沙田鎮，與廣深沿江高速公路連接，主線全線長12.891 km，含大沙水道橋、坭洲水道橋兩座懸索橋，其中大沙水道橋采用主跨為1 200 m的單跨鋼箱梁懸索橋，泥洲水道橋采用658 m+1 688 m雙跨鋼箱梁懸索橋。虎門二橋節段預制箱梁共3 533榀，箱梁為單箱雙室斜腹板結構，節段梁混凝土為C55?；㈤T二橋引橋及主線橋采用短線預制箱梁，中墩為墩梁固結式，箱梁頂面寬度與嘉紹大橋相同，也為20 m，底面寬度最寬達到11.2 m。

2 虎門二橋節段預制箱梁的防變形抗裂控制措施

箱梁自身豎向位移導致梁體發生變形，局部拉應力超過混凝土自身的拉應力界限，導致梁體部分位置產生裂紋，本著提高結構耐久性，有利于箱梁安裝線形控制的目的，結合虎門二橋工程實際情況，探討了幾點寬幅預應力箱梁防變形抗裂控制技術措施。

2.1 混凝土自身抗裂性控制

1)混凝土配合比設計：混凝土均勻性與混凝土抗劈裂強度有關，均勻性越好，抗劈裂強度越高，故進行混凝土配合比設計時，需考慮材料均勻性對混凝土強度的影響，將碎石粒徑控制在5 mm～20 mm之間?；炷恋目箟簭姸入m然與抗拉強度不完全成比例，但大量的試驗已證明：混凝土抗壓強度越高，抗拉強度也越高，故適當增加水泥摻量，對提高抗拉強度有著一定作用。

2)混凝土布料與振搗：混凝土振搗質量與混凝土抗拉強度有關，故在箱梁混凝土澆筑過程中，需合理均勻布料，每層布料不宜超過20 cm，振搗間距和振搗時間需嚴格按規范控制，確?；炷羶葘嵧饷?。

3)混凝土養護：混凝土的養護是否及時，養護時間是否滿足規范要求，對混凝土早期強度影響很大，箱梁混凝土在初凝后，在預制臺座要采取土工布覆蓋灑水保濕養護，當新澆筑梁段移至匹配梁位置，內倉宜采用噴霧器噴涂養護劑養護，腹板外側及翼緣板宜采用人工灑水養護；梁段完成匹配任務移至修整養護區后宜采用自動噴淋養護，直至達到15 d的養護期。

4)提梁強度控制：寬幅預應力箱梁在提梁及雙層存放時發生變形和開裂，故箱梁混凝土強度需達到提梁強度后方可提梁，在混凝土澆筑時，現場制作強度試件，采取與梁段同條件養護，提梁前，試壓同條件試件強度，抗壓強度達到設計值的80%方可提梁。

2.2 增設對拉鋼絞線控制變形和開裂

箱梁變形的根本原因為自身剛度不足，導致梁體發生變形，故控制變形的有效途徑為增大箱梁自身剛度，根據雙支承存梁狀態下的受力特點，在箱梁中腹板處增設一道拉桿，通過兩側邊腹板頂部將中腹板底部拉起，減小豎向位移，見圖1。

拉桿可選用精軋螺紋鋼，但需在邊腹板頂部和中腹板底部安裝預埋件，且內腔張拉困難，故不宜采用；拉桿亦可采用鋼絞線，在箱梁內預埋管道，在頂板預埋兩個M15-3扁錨，張拉和放張操作均在箱梁頂面實施，操作性強；對兩種拉桿方案進行比較，本工程選用對拉鋼絞線更優，即每個節段設3根鋼絞線，張拉控制應力為0.5fpy，總張拉力為40 t。對增設對拉鋼絞線的模型進行計算，計算結果如表1所示，模型邊界條件同原模型，拉桿單元設置初始應變，拉桿等效拉力為40 t。

表1 增設對拉鋼絞線的模型計算結果表

增設對拉鋼絞線前后對比分析如表2所示，通過表2可以看出，采用對拉鋼絞線措施，豎向變形由3.4 mm減少為1.2 mm，最大拉應力由7.3 MPa降低至3.2 MPa。

通過以上計算分析，得出通過主動施加預應力，使得最不利位置拉應力明顯減小，可減少存梁期間出現裂縫；存梁期間變形減小，降低架梁期間對位的難度。該方法存在的不足是存梁期可以看到預應力，影響外觀；施工過程涉及鋼絞線的穿束、張拉、拆除，施工較復雜；鋼絞線與個別體外預應力束沖突，拆除過程可能對工期有一定影響；相對增加鋼筋的方案，鋼絞線拆除過程可能有一定的風險。

表2 增設鋼絞線前后計算對比表

2.3 增設普通抗裂鋼筋控制裂紋

在易開裂位置，增設普通鋼筋，以減小裂縫數量及寬度，增設鋼筋采用HRB400-12的短鋼筋，間距15 cm左右，與原有鋼筋一一對應并排布置(見圖2)。

對于增設鋼筋的方案，需考慮存梁階段與使用階段受力的疊加，為了方便活載效應的計算，本項計算采用有限元計算軟件MIDAS 2012進行，采用梁單元進行模擬，如圖3所示，其中存梁模型僅施加自重荷載，在進行使用階段驗算時施加的荷載包括預應力荷載、二期橫載、溫度荷載、梯度溫度荷載以及汽車活載，單層存梁內力結果與使用階段內力進行最不利疊加，計算出的合彎矩及其計算出的相應裂縫寬度列于表3。

表3 各工況截面驗算點局部截面彎矩值 kN·m

頂板A，D兩點成橋階段按預應力構件驗算，故不列出裂縫計算結果。底板B，C兩處原設計鋼筋配置均為HRB400-20@150 mm，增設鋼筋為HRB400-12@150 mm，按C截面處最大彎矩驗算裂縫寬度如表4所示。

表4 各工況截面驗算點彎矩值及裂縫寬度

由此可知，增設普通鋼筋后不改變變形及應力情況，但名義裂縫寬度從0.26 mm降低至0.15 mm。通過增加配筋率，減小裂縫數量和寬度；不影響存梁期間梁體外觀，該措施操作便捷，不增加施工工序。該方法存在的不足是增加鋼筋可減小裂縫寬度，但存梁期間仍會出現裂縫；存梁期間變形稍大，增加梁體吊裝對接時的難度。

3 結語

通過本次研究，建議今后設計寬幅預應力節段預制箱梁時，必須考慮自身剛度，以減小變形和開裂，采取輔助措施將增加橋梁建設成本，增加施工工期，影響結構觀感，且效果并非十分理想，通過優化結構形式，改變配筋率，設置必要的預應力筋，使結構自身抗變形能力更強。在施工過程中，存梁、吊裝方式不能完全照搬照抄，要結合箱梁的結構形式，計算分析，合理選擇；若箱梁仍有變形和裂紋，必須研究制定合理的控制方案。

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