大空心板梁跨中斜向裂缝的成因分析

巴 力，王 凯

(北京铁科工程检测中心，北京 100081)

大空心板梁跨中斜向裂缝的成因分析

巴 力，王 凯

(北京铁科工程检测中心，北京 100081)

针对某条高速公路预制大空心板梁跨中腹板出现斜向裂缝，通过静载试验分析，认为裂缝成因主要与梁体预应力度不足以及防撞墙跨中处设置锯缝有关。为此，建议在设计过程中充分考虑防撞墙与边梁协同受力，防止类似病害的发生。

大空心板梁 腹板斜向开裂 静载试验

预应力混凝土空心板梁结构简单、施工便捷，具有建筑高度小、便于做成直桥(斜桥)、可标准化设计、工厂化施工、吊装重量小等优点，在中小跨径桥梁中被广泛应用。但在建设使用过程中也存在一些问题。

本文以某条高速公路预制大空心板梁桥为背景，结合静载试验结果，对大空心板梁跨中出现斜向裂缝的成因进行分析。

1 工程背景

桥梁上部结构为17×25 m预制预应力简支大空心板梁，每跨桥由16片大空心板梁组成。大空心板边板宽1.495 m、中板宽1.490 m，底板宽0.80 m，板高1.05 m，腹板厚 15 cm，底板厚 11～16 cm，顶板厚10 cm。大空心板顶部设置厚10 cm现浇混凝土整体化层及厚8 cm沥青铺装层。主梁预应力钢筋采用规格为5-φ15.24 mm的低松弛钢绞线，张拉控制应力为1 395 MPa。箱梁及整体化层采用C40混凝土。每跨跨中位置防撞墙设置了1～2 cm的切缝。桥跨横向布置见图1，梁体一般构造见图2。

图1 跨中1/2横断面(单位:cm)

图2 梁体一般构造(单位:cm)

检查中发现，边梁跨中位置外侧腹板普遍出现较多斜向裂缝，裂缝最大宽度达0.41 mm，裂缝由底板向腹板斜向向上延伸，开裂范围基本分布在跨中左右各1 m范围内。个别边梁跨中位置内侧腹板还存在竖向裂缝。边梁外侧腹板斜向开裂状况如图3所示。

图3 外边梁腹板斜向裂缝

2 荷载试验分析

2.1 测试截面及测点布置

此次荷载试验选取跨中截面1#至5#梁进行测试，为消除1#梁截面开裂对梁体受力的影响，在距跨中截面5 m处选择一正常截面进行对比测试。测试截面布置见图4，测点布置见图5。

图4 测试截面布置(单位:m)

图5 测点布置

2.2 试验结果分析

2.2.1 应变沿截面高度分布分析

2#，3#，4#梁随着荷载效率的增加，中性轴有所上移，2#梁平均中性轴高度由83.4 cm变为87.4 cm，3#梁平均中性轴高度由82.8 cm变为86.5 cm，4#梁平均中性轴高度由80.7 cm变为86.5 cm，这说明随着荷载的增加，梁体底缘裂缝沿腹板往上延伸引起中性轴的上升。图6给出了A截面2#梁外侧腹板实测应变沿截面高度分布状况，即在2级、4级、6级荷载作用下梁底应变分别约为120×10－6，400×10－6，600×10－6。

图6 A截面2#梁外侧腹板实测应变沿截面高度分布

2.2.2 截面抗裂性分析

图7给出了1#梁梁测、梁底及4#梁梁侧抗裂测点实测应变随加载效率变化的关系，可以看出梁体抗裂测点实测应变与荷载效率间的线性关系不良，随着荷载效率的提高，实测应变变化率有明显增大的趋势，部分裂缝旁测点在加载测试初期或中期也出现退化现象，由此可以推断桥梁结构预应力度不足。

测点1-10及1-11为腹板下缘抗裂测点，测试过程中出现退化现象，这说明两测点间的竖向裂缝有较为明显的扩展。试验显示，测点1-12在第二级加载时出现退化，1-13在第三级出现退化，1-14在最大级时由受压变为受拉，这说明在加载过程中，随着荷载的增大，裂缝在不断向上延伸。

图7 梁体实测应变与加载效率的关系

2.2.3 腹板斜裂缝测点

表1给出了外侧腹板跨裂缝测点实测值。各测试应变点卸载残余均较小，说明截面变形处于弹性状态;测点实测应变随加载等级提高呈上升趋势，说明跨中外腹板斜裂缝为受力裂缝;在最大级荷载工况下，跨缝测点最大应变值为2 984×10－6，换算腹板斜裂缝最大扩展0.45 mm，梁体裂缝扩展较大。

表1外侧腹板跨裂缝实测应变值 ×10－6

2.2.4 病害原因分析

试验结果显示1#～5#梁跨中截面均存在预应力度不足的现象，但仅有1#梁外腹板出现斜向开裂。经病害统计，跨中斜向裂缝均出现在边梁外腹板且防撞墙跨中设置了1道锯缝处。推断边梁跨中外侧腹板斜向裂缝的产生与该处由于设置锯缝而引起的截面削弱有关。

3 结论

本文介绍的高速公路上部结构大空心板梁边梁跨中部位出现斜向开裂，主要与梁体预应力度不足以及防撞墙跨中部位设置锯缝有关。防撞墙一般都参与了结构受力，因此在设计过程中应予以考虑，防止设置锯缝而导致结构出现类似病害。

［1］季秋成.空心板铰缝破坏机理及防治措施研究［D］.西安:长安大学，2009.

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［4］邵华英，刘旋云.预应力混凝土连续梁桥维修加固技术的对比研究［J］.中外公路，2010(3):198-202.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 2092—2003 预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法与评定标准［S］.北京:中国铁道出版社，2003.

(责任审编 孟庆伶)

U446.1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.05

2015-08-11;

:2015-09-15

巴力(1984— )，男，助理研究员，硕士。

1003-1995(2015)11-0018-03