大跨径预应力连续箱梁开裂原因分析

刘俊勇

(黑龙江龙捷市政轨道交通工程有限公司)

大跨径预应力连续箱梁开裂原因分析

刘俊勇

(黑龙江龙捷市政轨道交通工程有限公司)

介绍了大跨径预应力连续箱梁开裂原因。主要包括混凝土材料性能不好引起的裂缝、设计方面引起裂缝的原因和施工方面引起裂缝的原因。

箱梁;开裂;原因

1 混凝土材料性能不好引起的裂缝

目前在修建的大跨径预应力混凝土桥梁中，常采用C50以上级别的高标号混凝土。但通过这些大型桥梁的建设、使用，发现目前使用的高标号混凝土存在如下问题：

(1)水泥标号低，用量大。由于受到工程造价、材料等因素的制约，高标号混凝土大多采用425#水泥配制。采用低标号的水泥配置高标号混凝土，加之施工工期的要求，必然要加大水泥用量，从而造成水泥用量过大，某些桥梁混凝土中的水泥用量达到了500～550 kg/m3。

(2)混凝土材料的控制指标较为单一。不少施工单位在配合比设计时，往往把强度作为唯一的控制指标，按规范要求或以往经验进行一组配合比设计，试配后强度达到要求就算完成了;若达不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，只重视混凝土的强度，而忽略了混凝土的收缩量、徐变性能、碱含量、氯离子含量等性能指标。水泥用量过多，往往导致混凝土早期收缩裂缝的产生和徐变增大，而且也相应增加了施工成本。

(3)由于水泥用量大，混凝土材料控制指标单一，导致混凝土的收缩变形较大，容易引起早期开裂现象。最常见的开裂表现为顶板纵向裂缝、底板纵向裂缝、沿管道纵向裂缝等，影响了桥梁的受力和安全使用，降低了结构的耐久性。

(4)混凝土的后期徐变变形与水泥用量有关，水泥用量越大，其后期变形就越大，往往导致主梁跨中后期挠度过大、腹板、底板开裂，降低了结构的承载力和安全性。

混凝土的材料性能决定了桥梁的工作性能和耐久性。如果混凝土配合比设计不合理，即使设计再先进，施工再精细，管理再严格，也很难避免桥梁出现开裂、下挠等问题，就有可能导致结构耐久性的最终破坏，降低桥梁的使用寿命，并对桥梁的安全性造成极大的威胁。

2 设计方面引起裂缝的原因分析

(1)目前在桥梁设计中广泛使用杆系有限元计算理论，在处理箱梁这种空间效应突出的结构时，在很多情况下将产生较大误差，如不能考虑温度场的空间分布、不能考虑荷载偏载影响等，对箱梁的剪力滞效应、扭转应力、畸变应力等不能准确计算。

(2)温度梯度会引起很大的应力，是导致连续梁桥出现裂缝的主要原因。目前在桥梁设计中，采用我国公路桥梁规范规定的温度模式。但由于我国不同地区的气候条件和地理环境差别较大，采用规范规定的统一温度模式与实际出入较大，导致不能从理论上准确分析温度作用下箱梁截面的应力分布规律及其对裂缝的影响。

另外，在施工过程中，由于太阳直接照射在箱梁顶板上，导致顶板的温度要大大超过规范值，从而在箱梁内引起很大的温度应力，导致箱梁在施工过程中的开裂。

(3)目前在进行设计时，很难对箱梁的细部(如锚固区、横隔梁、0#块、顶板底板腹板的横向效应等)进行详细的分析，只是按照类似经验或构造要求进行设计配筋。实际上，这些部位应力分布复杂，仅凭简单的计算无法把握其真实的应力状态。

(4)混凝土的收缩、徐变是引起箱梁开裂的主要原因。但准确计算混凝土收缩、徐变的影响较为困难，主要在于混凝土的收缩、徐变参数较难确定，很难从理论上建立能够准确反映桥梁实际情况的徐变分析模型，不能准确地评估混凝土收缩、徐变对结构裂缝的影响程度。

(5)设计与施工脱节。在设计中未能考虑施工中实际存在的问题，如节段间龄期差导致的混凝土收缩差，施工期间的温度作用、模板的摩阻力等，未能在设计中采取有效措施，从而导致了箱梁的开裂。

(6)在大跨径预应力混凝土桥梁中，常常设置构造钢筋，主要是为了提高抗裂性，防止由于设计或施工原因、温度应力与局部应力、一些难以分析的因素(如计算时采用平截面假定，但很多区域并不适用，如截面突变处、孔道、槽口端部，很大的集中荷载、反力或后张预应力作用变向的区域、横隔梁或接缝处)等导致的裂缝。但目前箱梁中的构造钢筋普遍偏少，且大多沿用中小桥梁普通钢筋的配置方式，没有考虑到大跨径桥梁箱形截面的受力特点。

(7)在施工过程中，太阳直接照射在箱梁顶板表面上，导致箱梁的温度梯度模式与规范规定的模式相差甚远。但由于设计阶段依据的是规范温度模式，因此，箱梁将受到与设计不符的温度作用，从而导致顶板预应力的设计不满足施工阶段的要求，使得箱梁在施工阶段即出现开裂现象。

3 施工方面引起裂缝的原因分析

(1)箱梁裂缝尤其是早期裂缝的出现，与混凝土的施工工艺有很大关系。混凝土的拌制、浇注、养护条件等对混凝土的性能有很大的影响，施工条件好、养护条件好的施工可以减少箱梁裂缝，减小后期挠度。

另外，由于高强混凝土水灰比小，在强度形成的早期需水量大，若施工中模板拆除较晚，将导致混凝土表面出现收缩裂缝。

(2)高强度精轧螺纹钢筋常作为桥梁结构的竖向预应力筋用于混凝土箱梁腹板中。由于对其锚固及锚固过程中的应力损失不能做到有效控制，导致竖向预应力不满足设计要求甚至失效，这是目前箱形预应力混凝土结构腹板出现裂纹的主要原因之一。

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1008-3383(2012)11-0086-01

2012-06-12