不同齡期對混凝土裂縫產生的影響分析

李玲

摘要：文章以某現澆箱梁分層澆筑為研究對象，重點研究了不同齡期對混凝土裂縫產生的影響，并對不同工況下的裂縫條數和裂縫寬度進行了統計分析，得到以下結論：隨著齡期差的增大，拉應力值和集中區域分布面積隨之增大;裂縫發展方向為垂直于橋梁走向方向，主要出現在拉應力集中點連線之間，且隨著齡期差的增大，裂縫的分布呈現出增大的趨勢，混凝土的破壞也愈加強烈;齡期差對箱梁頂板早期裂縫的產生具有很大的影響，齡期差的增大會導致箱梁裂縫總條數增大，故在箱梁分層澆筑過程中應該盡可能地縮短箱梁澆筑齡期差;齡期差的增大主要是增大中部橋墩的裂縫寬度，對箱梁跨中和邊墩處裂縫開展長度影響較小。

關鍵詞：橋梁箱梁;齡期差;裂縫條數;寬度

中國分類號：U443.35文章標識碼：A260993

0 引言

預應力箱梁因具有施工方便、結構性能好等優點而被廣泛地應用到實際工程當中，然而其在具體施工過程中也存在一定的問題，其中裂縫開展問題引起了廣泛關注。近年來，國內學者對此進行了一些研究，徐秀華、石雪飛等[1-2]以金塘大橋東通航孔連續剛構為背景，分析不同齡期混凝土結合面的收縮應力分布特點，采用空間有限元與理論分析相結合的方式，比較不同分層澆筑時間間隔、配筋率、環境年平均相對濕度以及不同國家規范下的收縮效應，總結各因素對結合面收縮的影響;蘇祥亞、劉沐宇等[3-4]以六沖河斜拉橋為背景，采用空間有限元與理論分析相結合的方式，研究斜拉橋橋塔不同齡期混凝土結合面的收縮應力分布規律，并比較不同分層澆筑時間間隔、環境年平均相對濕度、配筋率以及中美規范下的收縮效應;武建勝、陳永根等[5-6]為制備具有一定強度的摻料相變混凝土，通過分別對不同標準齡期養護下的同一配合比不同摻料的相變混凝土立方體試件進行了抗壓與劈裂抗拉強度試驗與分析，結果表明除3 d齡期外，單摻硅粉相變混凝土在不同齡期下的抗壓能力均高于其他摻料相變混凝土。本文主要以某現澆箱梁分層澆筑為研究對象，重點研究了不同齡期對混凝土裂縫產生的影響，并對不同工況下的裂縫條數和裂縫寬度進行了統計分析，研究結果可為類似工程研究提供參考和借鑒。

1 工程概況

某高速公路現澆預應力箱梁工程，全長為228 m，橋寬26 m，跨徑組成為38 m+44 m+38 m+4×27 m，主橋為預應力混凝土現澆箱梁，采用C50混凝土澆筑，設計時速為80 km/h，為雙向四車道，設計荷載為公路一級。項目澆筑完后發現頂板處有一些早期的橫裂縫，為了研究裂縫出現規律，下文進行建模分析。

2 數值建模

2.1 模型建立

圖1所示為采用有限元軟件ABAQUS建模得到的箱梁模型俯視圖，連續箱梁由左至右依次為第一跨、第二跨和第三跨，橋墩從左至右依次為1#墩、2#墩、3#墩和4#墩。方向選取時以箱梁截面橫向方向為x軸，以箱梁截面高度方向為y軸，以向上為z軸。全橋結構采用C3D8R單元進行模擬，鋼筋采用T3D2模擬，跨徑為120 m。橋身全部采用C50的混凝土，其參數指標如表1所示，表2為鋼材料參數。

3 數值結果分析

3.1 橋面應力及塑性損傷分析

圖2～4給出了箱梁上側頂板拉應力及塑性損傷云圖，由于篇幅有限，僅給出了工況1、工況3和工況6三個工況。拉應力圖中深色區域出現拉應力集中，拉應力值比較大，對于工況1，最大拉應力值為3.01 MPa，工況3時最大拉應力值為3.02 MPa，工況6時最大拉應力值為3.19 MPa，即隨著齡期差的增大，最大應力值呈增大趨勢，此外，隨著齡期差的增大，拉應力集中區域分布面積也隨著增大。由塑性損傷云圖可知，裂縫發展方向為垂直于橋梁走向方向，且裂縫集中出現在拉應力集中點連線之間，部分裂縫呈全長貫穿，說明此處的混凝土出現一定程度的破壞，承載力下降。隨著齡期差的增大，裂縫的分布呈現出增大的趨勢，混凝土的破壞也愈加強烈。

3.2 裂縫條數分析

為了更加準確地反映不同工況、不同位置處的裂縫發展條數，如圖5所示，給出了不同位置不同工況下的裂縫條數圖。由圖可知，任何工況下均是箱梁第二跨跨中的裂縫條數最多，且隨著齡期差的增大，裂縫條數基本呈現出增多的趨勢。

圖6給出了不同工況下裂縫總條數，工況1至工況6的裂縫條數依次為154條、160條、168條、176條、183條和195條，相比于齡期差為3 d時，齡期差取5 d、7 d、9 d、12 d和15 d時裂縫總條數分別增加了3.9%、9.1%、14.2%、18.8%和26.6%。綜上可知，齡期差的增大會導致箱梁裂縫總條數增加，說明齡期差對箱梁頂板早期裂縫的產生具有很大的影響，因此，在箱梁分層澆筑過程中應該盡可能地縮短箱梁澆筑齡期差，以達到減小裂縫出現的目的。

3.3 裂縫寬度分析

為了對裂縫有更加深入的認識，圖7給出了不同位置不同工況下的最大裂縫寬度值。由圖可知，2#橋墩和3#橋墩處裂縫最大寬度最大，其次是第二跨跨中，1#橋墩、4#橋墩、第一跨跨中和第三跨跨中最大裂縫寬度較小。對于1#橋墩、第一跨跨中、2#橋墩、3#橋墩和4#橋墩處，均為工況6時裂縫寬度最大，最大值依次為0.084 mm、0.076 mm、0.263 mm、0.266 mm和0.079 mm;對于第二跨跨中和第三跨跨中，工況5時最大裂縫最大，最大裂縫寬度分別為0.221 mm和0.077 mm。此外，觀察圖7還可以發現，齡期差的增大最主要的是影響2#橋墩和3#橋墩的裂縫寬度，對箱梁跨中和邊墩處裂縫開展長度影響較小。

4 結語

本文主要以某現澆箱梁分層澆筑為研究對象，重點研究了不同齡期對混凝土裂縫產生的影響，并對不同工況下的裂縫條數和裂縫寬度進行了統計分析，得到以下結論：

（1）隨著齡期差的增大，箱梁最大應力值呈增大趨勢，且隨著齡期差的增大，拉應力集中區域分布面積也隨之增大。

（2）裂縫發展方向為垂直于橋梁走向方向，且裂縫集中出現在拉應力集中點連線之間，部分裂縫呈全長貫穿，且隨著齡期差的增大，裂縫的分布呈現出增多的趨勢，混凝土的破壞也愈加強烈。

（3）齡期差對箱梁頂板早期裂縫的產生具有很大的影響，齡期差的增大會導致箱梁裂縫總條數增加，故在箱梁分層澆筑過程中應該盡可能地縮短箱梁澆筑齡期差。

（4）齡期差的增大主要是增大2#橋墩和3#橋墩的裂縫寬度，對箱梁跨中和邊墩處裂縫開展長度影響較小。

參考文獻：

[1]徐秀華. 養護方式對不同齡期混凝土力學性能影響試驗研究[J]. 福建建設科技，2013（1）：39-42.

[2]石雪飛，馮電視，阮 欣，等. 大跨徑連續剛構橋不同齡期混凝土結合面收縮影響研究[J]. 結構工程師，2008，24（6）：76-79.

[3]蘇祥亞，石雪飛，李 森. 斜拉橋橋塔不同齡期混凝土結合面收縮效應分析[J]. 結構工程師，2012，28（6）：166-170.

[4]劉沐宇，程 濤. 不同齡期混凝土收縮徐變對三塔結合梁斜拉橋的影響[J]. 華中科技大學學報：城市科學版，2010，27（3）：6-10.

[5]武建勝，劉勇健，謝治堃. 混凝土配合比對不同齡期混凝土抗壓強度影響的研究[J]. 建筑工程技術與設計，2017（20）：3 766.

[6]陳永根. 齡期對不同摻料相變混凝土力學性能影響試驗與分析[J]. 湖南文理學院學報：自然科學版，2019（4）：53-57.