預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫成因及加固措施研究

李捷飛　段興　董恩宇

摘 要：隨著現(xiàn)代化施工技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于混凝土橋梁裂縫需要加以分析裂縫產(chǎn)生的成因，并對裂縫進行相應(yīng)的加固。本文首先研究橋梁裂縫的原因，同時研究然后探討了裂縫修復(fù)加固的問題，保證預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的安全通行。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;混凝土;橋梁;裂縫成因;加固措施;研究

中圖分類號：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的裂縫會影響結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，橋梁結(jié)構(gòu)中的裂縫類型很多裂紋的形狀、位置的不同，也會導(dǎo)致裂縫的發(fā)展規(guī)律不同。因此需要了解產(chǎn)生混凝土裂縫的根本原因，并且要針對性的對裂縫進行有效的加固。

1 預(yù)應(yīng)力橋加固的原則

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的加固，應(yīng)盡可能不破壞原始結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆卸和更換，防止進一步的結(jié)構(gòu)損壞。加固設(shè)計應(yīng)以施工圖原圖為重新施工基礎(chǔ)，以及橋梁完工設(shè)計圖和現(xiàn)場綜合評估報告。計算加固設(shè)計時，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的影響，材料的劣化以及新舊材料之間粘結(jié)性能的差異，參數(shù)的值將是對現(xiàn)有橋梁的檢查結(jié)果。必須驗證鋼筋的設(shè)計，以確定在施工的每個階段的構(gòu)件的強度、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)變形。在加固后的結(jié)構(gòu)控制中必須考慮附加載荷和混凝土收縮的影響。改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的加強時，結(jié)構(gòu)元件任何部分的應(yīng)力不得超過材料強度的設(shè)計值。在計算加固控制時，應(yīng)根據(jù)橋梁施工年份的設(shè)計荷載和材料特性進行相應(yīng)的計算。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫成因

2.1 厚度差異引起的裂縫

薄厚混凝土的連接容易產(chǎn)生裂縫，因為薄的比厚更容易受到溫度和收縮的影響，因此薄混凝土更容易開裂。對于腹板較厚的箱形梁，較薄的底板將導(dǎo)致嚴(yán)重的橫向裂縫。較大的厚度差會在箱形梁中產(chǎn)生更大的約束力，從而導(dǎo)致腹板中出現(xiàn)水平裂縫。

2.2 預(yù)應(yīng)力筋周圍的裂縫

橋梁中通常使用高強度筋，這會在錨固件下產(chǎn)生過多的局部壓力。在這種類型的錨釘下，會產(chǎn)生重要的初始變形和延遲變形，如果結(jié)構(gòu)在錨釘后面連續(xù)，或者鋼筋用粘結(jié)劑延伸，則先前的變形是沒損害的。鋼筋圍繞著錨桿放置，以避免在錨桿后面打開接縫或裂縫。如果在將筋腱聚集在一起之前對其進行拉伸和夾緊，則會導(dǎo)致連接器附近的壓力增加，從而在距錨固件一定距離的位置處引起破裂。

2.3 溫度和收縮率引起的裂縫

在混凝土部件中，溫度和收縮率會引起內(nèi)部應(yīng)力，這是由不同纖維中的約束應(yīng)力引起的。在不確定的結(jié)構(gòu)中，任何這種差異都會導(dǎo)致外部情況的相對約束力，由此這些約束力引起的應(yīng)力，很容易超過橋梁混凝土的抗拉強度和抗壓強，因此橋梁混凝土很容易產(chǎn)生裂縫。根據(jù)對箱形箱梁橋的混凝土裂縫進行分析后發(fā)現(xiàn)，許多預(yù)應(yīng)力箱形箱梁的裂縫的主要原因是溫度應(yīng)力，箱形梁的日光分布更為復(fù)雜。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫加固注意事項

當(dāng)橋梁出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)首先分析裂縫產(chǎn)生問題的根本原因，然后對裂縫進行可行性研究和分析。在決定對裂縫采用加固措施時，還應(yīng)該對多個計劃進行徹底的分析和比較。盡管橋梁結(jié)構(gòu)的加固措施方法有很多，并對裂縫進行有針對性的加固，必須根據(jù)具體的施工的工程特性，當(dāng)前的施工技術(shù)水平以及加固的優(yōu)點來確定。在加固過程中，將進行實驗和測試以確保加固效果。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的自重一般隨荷載而增加，有些甚至不能切斷交通，因此在設(shè)計中，將綜合考慮每個施工階段的荷載、風(fēng)荷載和其他荷載，并根據(jù)測算最不利的應(yīng)力條件進行設(shè)計。鋼筋施工過程中的主要問題是處理原始結(jié)構(gòu)的界面，并結(jié)合橋梁的新舊部分，以確保結(jié)構(gòu)的整體機械性能。使用預(yù)應(yīng)力鋼筋時，必須充分注意安裝在原始結(jié)構(gòu)中的錨的承載能力，以及可能變形引起的預(yù)應(yīng)力破壞。為了獲得加固效果，必須確保結(jié)構(gòu)具有足夠的預(yù)應(yīng)力，并注意過度偏斜可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。各種玻璃鋼材料是高科技的新產(chǎn)品，具有很高的抗拉強度和很好的工程加固材料，但也有自己的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。高強度取決于高強度狀態(tài)，如果施工技術(shù)不高，粘接錨固效果不好，則無法充分利用高強度的優(yōu)點。因此，不能盲目地使用接合FRP材料的加強方案。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫加固措施

4.1 外部預(yù)應(yīng)力加固方法

外部預(yù)應(yīng)力加固方法是指將預(yù)應(yīng)力筋放置在主橋梁的外側(cè)或箱形梁內(nèi)的應(yīng)力區(qū)域中，并在導(dǎo)向裝置中插入預(yù)應(yīng)力筋以調(diào)整預(yù)應(yīng)力的外部筋。它是要適應(yīng)沿梁的內(nèi)力變化，確保施加在梁體上的預(yù)壓應(yīng)力為荷載作用下的應(yīng)力場，以達(dá)到預(yù)應(yīng)力加固的效果，改善橋梁結(jié)構(gòu)的支撐能力。該方法的關(guān)鍵技術(shù)是外部偏置筋的固定，預(yù)應(yīng)力外部加固方法是目前橋梁加固方法中使用最廣泛的，而且外部加固特別適用于連續(xù)大跨度T型結(jié)構(gòu)和連續(xù)箱梁橋的加固和改造[1]。

4.2 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法是指將混凝土硬化成剛澆筑的應(yīng)加固混凝土后，布置帶有防腐保護的預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋的方法。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力橋梁加固方法是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中的推廣應(yīng)用。其主要問題是解決加強梁與增加的混凝土支撐保護層之間的可靠連接，以固定預(yù)應(yīng)力筋的問題。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固方法特別適用于中小跨度鋼筋混凝土T型梁的加固[2]。

4.3 粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法

粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法不會將預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)到混凝土的梁上，而且完全取決于兩端的錨固點，在將預(yù)應(yīng)力施加到梁主體之后，更多的是將預(yù)應(yīng)力筋與鋼筋梁主體連接在一起。必須注入高強度復(fù)合砂漿，取決于預(yù)應(yīng)力筋與復(fù)合砂漿之間的粘結(jié)力，這些粘結(jié)筋通過高強度鋼絲固定在兩端的梁上。

4.4 高強度復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固方法

高強度復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固方法是指將高強度復(fù)合纖維織物條連接或粘在梁的外部的方法。這種加固系統(tǒng)仍處于試驗研究階段，關(guān)鍵技術(shù)是解決適用于現(xiàn)場加固橋梁的張拉和錨固技術(shù)，并且還能解決耐復(fù)合纖維帶和加固梁的根本連接問題。應(yīng)該注意的是，各種橋梁加固方法不能單獨使用或互斥，通常幾種加固方法在一定的條件下可以相互補充，共同完成同一橋梁混凝土裂縫的加固和改造。例如，在湖北金沙江大橋的加固中，采用了連接鋼板的方法，添加加固元件的方法，加固碳纖維的方法以及加固的方法。翻新計劃的選擇與許多因素有關(guān)，通常包括橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁所處的環(huán)境，是否可以封閉交通以及施工技術(shù)水平。加固方案和加固效果的選擇與原始橋的條件有關(guān)，并且不可避免地受到原始橋結(jié)構(gòu)的限制[3]。

4.5 增大截面加固方法

增大截面方法是一種增強方法，通過增加橫截面在現(xiàn)有混凝土澆注一定厚度的鋼筋混凝土，來對橫截面進行加固。增大截面鋼筋的方法大致可以分為以下三種，第一種主要是增加鋼截面的加固辦法，第二種主要是增加斷面的加固辦法，以及增加鋼筋和增大斷面的加固方法。增加斷面法可以有效的增加橋主梁的剛度，并且增加主梁的承載力，解決橋面狹窄的問題，是一種較為有效的加固措施。在澆筑材料時，通常選擇高強度的細(xì)石混凝土或高強度的非收縮縫填料，以避免混合較薄的厚層和較密的鋼筋。在加固中，新舊鋼筋需要采用科學(xué)合理的辦法進行焊接，并且新舊混凝土需要有效地結(jié)合。

5 結(jié)束語

綜上所述，混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)混凝土開裂的問題不容忽視。防止混凝土橋梁開裂對前期設(shè)計和施工過程的管理需要很高的技術(shù)要求，因此施工單位有必要提高團隊設(shè)計水平和施工的技術(shù)水平，并根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點和施工方法采取針對性的技術(shù)措施。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫固中，需要充分考慮裂縫形成的原因，并考慮施工現(xiàn)場的情況，針對性的解決裂縫問題，采用科學(xué)合理的加固技術(shù)。采用加固方案時，還應(yīng)該對多個方案進行分析和比較，以保證加固措施的有效。未來，隨著科技的發(fā)展，將開發(fā)出更好的設(shè)計和加固施工方法，以有效防止混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的形成。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海波.某預(yù)應(yīng)力混凝土頂推連續(xù)梁裂縫成因分析及加固措施[J].湖南交通科技，2019，45（03）：102-105.

[2]楊補林.公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫成因及措施研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（01）：40+42.

[3]李斌.預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆橋梁幾種裂縫成因及防治措施[J].山西建筑，2017，43（12）：144-146.