深受弯盖梁裂缝成因分析及处理对策

王建华

公路桥梁中过渡墩由于承受主、引桥的共同作用，受弯矩和剪力作用较大，多采用截面高度较大的盖梁，当盖梁跨高比在2.5和5.0之间时，便属于深受弯构件的短梁，但未进入深梁范围［1］。主桥的支座一般布置在过渡墩柱顶处，因此盖梁内力主要受引桥简支梁的活荷载作用的影响。本文便针对典型的深受弯盖梁的裂缝进行了分析，提出了可行的加固措施。

1 设计概况与病害介绍

1.1 盖梁设计与施工概况

大桥主桥上部结构为下承式系杆拱桥，引桥为预应力混凝土空心板梁桥。主墩为三柱框架式桥墩，墩柱为两端圆端形，墩柱上方为盖梁。盖梁为长18.5 m，宽2.5 m，高1.0 m的钢筋混凝土结构。

1.2 盖梁病害

主桥过渡墩盖梁的负弯矩区域存在严重的竖向裂缝病害，裂缝宽度最大为0.5 mm。裂缝的长度基本与盖梁高度相同。该种竖向裂缝的性状和分布具有共性。在盖梁的底面还存在间距30 cm～50 cm的横向裂缝，裂缝宽度小于0.1 mm，此外盖梁存在下挠现象，中间底面较两侧支撑处底面低2 cm左右，病害见图1。

2 病害原因分析

根据裂缝所处位置，裂缝宽度与深度可从两方面对其分析:

一方面盖梁裂缝所处的区域为正负弯矩较大的区域，因此需要对盖梁进行结构验算分析，以评价盖梁正常使用状态下的承载能力。

另一方面由于施工盖梁采用支架现浇的方法，而该盖梁混凝土的浇筑量较大，施工时若支架预压效果较差，可能引起跨中混凝土下挠，墩柱较盖梁的刚度大，约束了盖梁的变形，引起盖梁墩柱位置盖梁顶部两侧开裂，并随着荷载的作用而逐渐发展。

2.1 结构验算分析

主墩盖梁同时承受主桥与引桥上部结构的力作用，主桥的支座均放置于墩柱顶部，其作用力直接由墩柱承担，因此盖梁所承受的作用力主要为引桥上部结构引起。

分析时，首先得出引桥在各种荷载组合作用下的支座反力，以确定盖梁的受力情况。验算截面为盖梁两墩柱中间截面以及盖梁在墩柱顶位置区域截面。

1)上部结构恒载作用。上部结构恒载与活载作用对盖梁截面产生的内力分别计算，上部结构恒载的作用力通过支座传给盖梁，计算假设每片板梁下有一个支座，计算图式见图2。

2)上部结构活载作用。a.计算各主梁横向分布影响线。b.计算盖梁中截面以及墩顶截面的弯矩和剪力影响线，查各主梁对应位置的影响线数值。c.将各主梁横向分布影响线分别放大η4i倍并对应迭加［2］，即生成盖梁中截面弯矩横向分布影响线C4，j=∑Aij× η4i，如:C4，2= ∑Ai2× η4i=0.119 ×0.635+0.104 ×1.016+0.114 ×1.422+0.118 × 1.862+0.105 × 1.344+0.085 ×0.879+0.07 ×0.474+0.057 ×0.138 6+0.047 × (－0.118 2)+0.039 ×(－0.296 5)+0.032 × (－0.405 1)+0.027 × (－0.452 9)+0.024 × (－0.449)+0.021 × (－0.402 3)+0.019 ×(－0.321 8)+0.019 ×(－0.216 6)=0.789 7。盖梁中截面弯矩横向分布影响线见图3。d.对盖梁中截面弯矩横向分布影响线用动态规划布载，取三车道时，其最大荷载横向分布系数m4=1.485 3，三车道折减系数0.78，得 m4=1.485 3 ×0.78=1.158 5。而两车道计算时该横向分布系数为 m4=1.396 4。e.依上述a.～d.步骤算出盖梁截面在支点处的横向分布系数m4=1.131 7。

根据支点反力影响线和横向分布系数沿纵向的变化，求出盖梁中截面由上部结构活载作用下的弯矩，并求出计算截面的剪力。通过内力验算满足规范要求。

3)截面验算。计算得出盖梁中间截面下缘出现裂缝，宽度为0.108 mm，而墩顶截面上缘出现裂缝宽度为0.157 mm，均满足规范的要求。

2.2 施工阶段支架沉降分析

盖梁下挠现象明显，考虑到施工支架的预压不充分等原因可能引起盖梁中部分下沉而产生裂缝。分析假定混凝土强度达到设计强度的60%～80%时，盖梁中间区域支架下沉5 mm～15 mm，计算其对盖梁的影响。

当施工阶段两墩柱中间区域支架下沉5 mm～15 mm范围时，中间截面将产生正弯矩，墩柱顶截面产生负弯矩，此时，中截面下缘和墩柱顶截面上缘的裂缝宽度较小，但拆除支架后，盖梁在自重作用下引起的裂缝宽度增大，桥梁运营后，由上部结构对盖梁的作用又进一步增大了裂缝宽度。事实上如果施工期裂缝出现后，盖梁的耐久性会有所下降，根据现场情况可知，盖梁处漏水现象明显，更加剧了裂缝的发展，因此墩柱顶的宽度较大。

3 现场检测与应变测试

为检测盖梁裂缝在外荷载作用下是否继续发展，对盖梁裂缝区域进行了混凝土应变测试。

连续测试接近40 min，由测试结果可知，混凝土应变变化较小，混凝土应变最大在15 με～20 με，说明在汽车荷载作用下，裂缝宽度变化较小，但其变化方向一直交替进行，长期作用必将使裂缝宽度增大。图4给出了一跨裂缝处的应变随时间的变化。

4 结语

该过渡墩深受弯盖梁在正常使用极限状态下，中截面下缘和墩顶截面上缘裂缝宽度均满足规范的要求。但考虑施工阶段支架产生变形后的分析表明裂缝不满足要求。此外在汽车荷载作用下，裂缝宽度一直在变化，长期作用将使其不断增大。维修加固时可以先对裂缝进行封闭灌浆处理，然后在底面粘贴碳纤维布或钢板，同时在墩柱和盖梁交接处粘贴斜向钢板以扩大抗剪承载力。

［1］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［2］林灿文.公路盖梁计算新方法［J］.建材与装饰(下旬刊)，2007(7):353-354.