施工期損傷箱梁開(kāi)裂機(jī)理研究及工作性能判定

陳棟棟

（山西省交通科學(xué)研究院 橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

在預(yù)制梁場(chǎng)存梁區(qū)，時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些箱梁在跨中腹板上部出現(xiàn)豎向裂縫；這就需要在梁體使用前對(duì)其裂縫截面及裂縫性質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)，確定裂縫的存在是否對(duì)梁體受力性能存在影響，最終做出相應(yīng)的處治方案。

1 工程概況

某高速公路預(yù)制梁場(chǎng)，存放1片25 m（邊跨邊梁）帶裂縫的預(yù)制小箱梁，經(jīng)對(duì)其進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)在其左、右側(cè)腹板跨中附近均存在豎向裂縫，詳見(jiàn)表1。

表1 外觀檢查狀況表

圖1 梁體裂縫示意圖

2 單梁靜載試驗(yàn)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置[1]

選取跨中截面進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，測(cè)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)布置在兩側(cè)腹板上；跨中、四分點(diǎn)、支點(diǎn)斷面進(jìn)行撓度測(cè)試，跨中及支點(diǎn)均在左右側(cè)設(shè)置2個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)；距跨中最近豎向裂縫（②號(hào)裂縫）進(jìn)行裂縫斷面測(cè)試；測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖3 裂縫處測(cè)點(diǎn)布置（單位：cm）

圖4 應(yīng)力、撓度測(cè)點(diǎn)布置（單位：cm）

2.2 靜載試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合考慮各種因素，本次加載采用混凝土蓋板（4.6×1.0×0.4）m進(jìn)行加載。加載前對(duì)各蓋板外觀尺寸進(jìn)行確認(rèn)，確保加載重量的準(zhǔn)確性。每塊蓋板重量平均為47.84 kN，分4級(jí)進(jìn)行加載，加載位置見(jiàn)圖5、圖6。

本次單梁靜載試驗(yàn)加載效率為103.8%，符合《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）中5.4.2 條款規(guī)定[2]。

圖5 加載平面示意圖

圖6 加載立面示意圖（單位：cm）

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

表2 跨中斷面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果比較表（“-”為拉應(yīng)變）

由表2可知，試驗(yàn)荷載作用下，損傷梁體跨中截面下緣正應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.91，雖跨中截面抗彎強(qiáng)度能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但校驗(yàn)系數(shù)較正常工作梁體明顯偏大，安全儲(chǔ)備較小。

表3 裂縫斷面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果表（“-”為拉應(yīng)變）

由表3可知，試驗(yàn)荷載作用下，裂縫斷面（②號(hào)裂縫）下緣正應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為1.20，表明該斷面現(xiàn)有的抗彎強(qiáng)度已不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 撓度測(cè)試結(jié)果

表4 跨中撓度測(cè)試結(jié)果比較表（“-”為下?lián)希?/p>

由表4可知，試驗(yàn)荷載作用下，損傷梁體跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)為1.16，表明試驗(yàn)梁現(xiàn)有的抗彎剛度已不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 裂縫觀測(cè)結(jié)果

表5 裂縫寬度變化表（第1次加載） mm

表6 裂縫寬度變化表（第2次加載） mm

a）由表5、表6可知，試驗(yàn)荷載作用下，千分表2處裂縫寬度變窄、千分表3處裂縫寬度變寬，截面開(kāi)裂后中性軸位置介于千分表2與千分表3之間。

b）未開(kāi)裂正常工作梁體截面中性軸位置應(yīng)介于千分表1與千分表2之間。

c）由a）和b）可知，裂縫的存在導(dǎo)致截面中性軸高度降低。

d）試驗(yàn)荷載作用下，跨中底板出現(xiàn)3條橫向裂縫，長(zhǎng)70 cm、寬0.06 mm，卸載后裂縫基本消失。

3 結(jié)論

a）豎向裂縫形態(tài)呈現(xiàn)上寬下窄狀，分析原因主要為：

（a）張拉預(yù)應(yīng)力前混凝土彈性模量偏低，導(dǎo)致張拉時(shí)梁體上拱較大上緣開(kāi)裂。

（b）在吊裝移梁過(guò)程中，梁體跨中受意外荷載作用導(dǎo)致跨中截面承受負(fù)彎矩。

b）彈性模量偏低加之裂縫對(duì)梁體造成的損傷使得試驗(yàn)梁現(xiàn)有的工作性能已不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。