薄壁混凝土結構槽型梁裂縫的研究討論

聶政飛　宋洋

摘? ?要：預應力混凝土槽型梁是一種新型橋梁結構，適用于公路、鐵路橋梁及城市軌道交通建設，槽型梁橋屬下承式開口薄壁結構?，F階段，預應力混凝土槽型梁應用廣泛，在橋梁建設中，槽型梁的腹板常采用的是薄壁混凝土結構。此結構體量小，可以節省成本且不失安全性。但同時，預應力混凝土槽型梁采用的薄壁混凝土易產生裂縫，本文著重于對薄壁預應力混凝土槽型梁的裂縫的現狀進行討論分析。

關鍵詞：薄壁混凝土? 結構? 槽型梁? 裂縫

中圖分類號：TU755? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0035-03

Abstract：Prestressed concrete channel beam is a new type of bridge structure， which is suitable for highway， railway bridge and urban rail transit construction. The channel beam bridge is a substructured open-thin wall structure. At this stage， prestressed concrete channel beams are widely used. In bridge construction， the webs of channel beams often use thin-wall concrete structures.This structure has a small volume， which can save costs without losing safety.At the same time， the thin-walled concrete used in the prestressed concrete channel beam is prone to cracks. This article focuses on the current situation of cracks in the thin-walled prestressed concrete channel beam.

Key Words：Thin-walled concrete;Structure;Trough beam;Crack

1? 引言

在現階段的橋梁施工中，大多數槽型梁工程底板和腹板采用的都是薄壁混凝土結構，槽型梁腹板及底板均為薄壁混凝土結構，在豎向荷載作用下，將產生縱向彎矩及橫向彎矩[1-2]。此時，槽型梁底板混凝土產生較大的拉應力，而起橫向抗彎剛度較小，易出現縱向裂縫[2];槽型梁屬于開口下承式薄壁結構，抗扭剛度較小，其腹板與底板結合處同時承受彎矩及扭矩，應力集中較為明顯，該位置較易產生裂縫;槽型梁中鋼筋、預應力筋分布較密，混凝土澆筑質量不易保證，裂縫較易產生[3-4]。裴雪鋒[5]在對槽型梁裂縫研究中，對豎墻縱向的裂縫作了詳細的成因研究。王起才[6]等在應用試驗方法對槽型梁的材料性能研究，得到了裂縫的分布，對研究槽型梁裂縫有很好的啟發。蘇超等[7]應用理論和實際工程結合對混凝土裂縫的分析控制，很好的應用在工程實際中。

2? 裂縫產生

薄壁混凝土槽型梁裂縫的產生有很多原因，施工時所處的溫度因素、混凝土的自身結構因素、施工完成后的環境因素等都是裂縫產生的重要原因。下面，就以幾個方面進行討論分析。

2.1 施工時的環境與溫度

在工程施工時，薄壁預應力混凝土槽型梁會產生裂縫的主要原因就是施工時所處的環境與施工時的溫度。例如，在施工階段混凝土澆筑施工進行時，混凝土中的水泥會因為遇水反應而產生大量的熱量，也就是水化熱，這種反應會導致混凝土本身內部熱量聚集并且升溫，這樣就會產生此結構內部與外部的溫差比較大。在前期，因為混凝土內部溫度高而產生膨脹特性，同時內外導熱極差，產生的后果就是在澆筑混凝土完成后，混凝土內部溫度驟變，由熱轉涼，由于混凝土的熱脹冷縮特性，使得后期混凝土內部會產生收縮。這就造成了薄壁混凝土會受到不同的應力作用，會導致混凝土產生裂縫。除了施工時的水化熱影響外，由于混凝土材料的熱脹冷縮，完成施工后的環境溫度也會使混凝土產生裂縫。例如年度溫差，由于一年四季會產生溫差，尤其是我國北方的環境，一年中，溫差極大，溫度的變化，一般會使橋梁結構產生縱向位移[5]，若此時位移受限，薄壁混凝土結構會產生裂縫。

2.2 混凝土結構收縮

隨著施工的完成，混凝土結構中含水量會逐漸變小，同時混凝土體積隨之變小，這種情況就是干燥收縮，稱干縮;而在水泥本身材料的作用下，混凝土會逐漸硬化，體積隨之縮小，這種情況稱為凝縮;通常情況下，凝縮與干縮統稱為收縮?；炷猎谑┕ね瓿珊髸a生收縮現象，混凝土的收縮主要就是混凝土干縮，混凝土在成型過程中，外部混凝土會首先干燥并逐漸向混凝土內部發展。干燥過程中，水分蒸發，產生不同的溫度差，同時混凝土結構縮小，且縮小程度不同，由此產生混凝土內外部收縮大小不同，產生拉應力，引發混凝土產生裂縫。除了混凝土的干縮與凝縮作用，混凝土保養不當，例如露天暴曬、不及時養護、未成形使用等都會引起裂縫的產生。

2.3 凍脹因素

當溫度在零度以下時，混凝土結構會發生凍脹現象產生裂縫。環境溫度在零度以下時，混凝土內部中的自由水會因為溫度轉化為冰，而由于水變冰會膨脹，所以混凝土內部會產生膨脹應力。同時，混凝土結構內部由于溫度原因使強度變低，此時在膨脹應力的作用下，易產生裂縫。

3? 裂縫解決

橋梁建設中，薄壁混凝土槽型梁施工中裂縫產生因素極多，在現場施工時，應多做控制手段，防止裂縫的產生。下面，就幾個方面的控制措施進行分析討論。

3.1 槽型梁預應力張拉控制

在槽型梁施工中，通常會在腹板及底板位置布置預應力鋼束，避免產生過大的裂縫。同時，在工程施工階段，混凝土結構不會很快達到預期強度且槽型梁并未完全對稱，所以，進行合理的預應力鋼束張拉必不可免，需控制其張拉應力及張拉順序，先進行橫向預應力第一次張拉后，張拉縱向預應力，最后進行橫向預應力第二次張拉。在施工過程中，薄壁槽型梁底板厚度小，預應力鋼束單向張拉時會破壞梁的結構，所以，宜采用分段方案。此方案中，預應力鋼束要進行雙向張拉，控制張拉，逐步拉至設計數值。還需要建立有限元模型，對槽型梁張拉工序進行驗證，應用MIDAS/Civil進行張拉數值模擬，并對相應的預應力筋及張拉控制應依次分階段進行設定和激活，以此得出槽型梁在張拉過程中的應力計算結果[8]，如圖1所示。

3.2 薄壁混凝土結構溫度因素控制

薄壁混凝土槽型梁施工過程中，溫度產生的裂縫都是由于混凝土結構自身材料。薄壁混凝土材料是由一系列材料組合而成的，材料在遇水后會發生強烈反應，這也是溫度裂縫產生的原因。同時，也存在系統溫差，系統溫差只引起槽型梁變形，并不引起應力，橫向位移和縱向位移都是隨著系統溫差的增大而線性增加[9]。因此，在施工中，有計劃的選擇高質量施工材料，盡量降低混凝土材料遇水生熱的溫度，這樣能夠有效的緩解溫度裂縫的產生。除此之外，施工用的混凝土材料配合比也有著重要作用，通過事先試驗方式結合現場施工情況，合理制定施工材料配合比，可以有效抑制施工裂縫的產生，例如在保證施工安全的情況下，合理減少水泥的使用等。同時，在施工工藝上，制定有效的施工順序，或者采用新的澆筑方式或者采用新的建筑材料也會起到同樣的效果，如圖2所示。

3.3 薄壁混凝土結構收縮因素控制

混凝土結構的自身材料特性與混凝土自身結構特性，使得混凝土收縮應力不可避免，是混凝土收縮非常重要的影響因素?；炷两Y構自身特性主要為物理上的膨脹縮小而發生的形變，由此產生的形變應力，使得混凝土結構產生裂縫。在槽型梁施工過程中，周圍環境會對混凝土結構產生濕度和溫度上的影響，由此在施工中也會影響混凝土自身的結構產生收縮。混凝土凝固中，由于收縮作用產生形變，為減少形變，在混凝土施工時，在不影響施工安全性的情況下，可將試驗驗證后一定比例的粉煤灰加入到混凝土材料中，這樣能對薄壁混凝土結構中的孔隙率進行有效控制，同時還能促進薄壁混凝土結構的剛度、強度以及堅韌性大大提升，進而有效提高槽型梁整體結構的安全可靠性[10]。粉煤灰能夠發揮這種功效的主要原因在于其加入的含量與薄壁混凝土結構中化學反應產生的水化物含量呈反比關系[11]，在實際工程施工中，應事先做好試驗，并考慮工程所處實際環境進行施工。

4? 結語

施工裂縫會使混凝土結構本身出現失穩，破壞等情況，破壞結構外觀，也會使得工程出現安全性問題。薄壁混凝土槽型梁施工中不可避免會產生裂縫，我們要做的就是使得裂縫減少，直至控制裂縫的產生，對混凝土施工具有重要意義。本文著重在幾個方面對薄壁混凝土結構的裂縫問題進行了討論分析，希望會對后來施工有所啟發。

參考文獻

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