高速公路预应力板梁常见开裂病害成因分析及加固对策

王星

摘要：预应力板梁常见的开裂病害，如先张预应力板梁梁端横向、斜向裂缝，后张预应力板梁跨中横向裂缝，梁底纵向裂缝。通过对对病害成因进行分析，了解病害产生的机理及对结构的影响，选取合适的维修加固措施。

关键词：桥梁倾覆；应力重分布；温度差异。

1概述：

高速公路桥梁建设中，预应力板梁结构被广泛应用，尤其是在中、小跨径桥梁中一度占据绝对优势。虽然近几年随着预应力板梁一些病害的凸显以及交通量的日益繁重，在一些地区预应力板梁逐渐被小箱梁取代。本文结合预应力板梁桥梁常见的开裂病害情况及笔者在日常桥梁检测及维修加固中的经验，对这些病害情况进行分析、探讨。

2裂缝形态及原因分析：

⑴先张预应力板梁

常见的先张预应力板梁的跨径形式有10m、13m、16m、20m，其表现出来的主要的开裂病害有板梁梁端斜向裂缝、横向裂缝，这类病害一般出现在梁端1.5m范围内，主要的病害原因有：

① 设计原因：板梁梁承受剪力和弯矩的双重作用。② 施工原因：通常每片板梁由4个支座支撑，若成桥时造成某个支座脱空，导致部分梁体处于悬空状态，，导致铰缝破坏，产生裂缝。③ 预制过程中混凝土标号未达到设计规定即进行放张，同时梁体与台座之间的摩擦力过大，导致梁体在起拱过程中梁端产生拉应力，应力过大时即会导致梁体开裂。

⑵后张预应力板梁

常见的后张预应力板梁跨径基本都在20m以上，其表现出来的主要的开裂病害有梁底纵向裂缝、跨中处梁底横向裂缝

Ⅰ 梁底纵向裂缝

主要发生在梁底最薄弱的空心处，主要分布在跨中位置附近，部分贯穿了整个底板的长度，常见裂缝宽度在0.10～0.30mm之间，最大裂缝宽度超过1.0mm。日常的荷载试验结果表明，板梁梁底纵向裂缝对结构纵向承载能力影响不大，但裂缝过大会影响结构的抗扭刚度，加快梁体内部材料的劣化，影响结构的耐久性。

① 设计原因：大多数板梁设计的底板厚度在10～12cm之间，而在施工过程中若振捣不密实，使底板材料不均匀，底板厚度再打折扣。② 施工原因：施工方面的主要原因是预应力。在张拉过程中预应力钢束对梁体施加预压应力和偏心弯矩，放张之后梁体起拱，而由于混凝土的泊松效应，会在横向产生拉应力，此应力与截面畸变应力组合后通长会超过混凝土抗拉强度，导致梁底沿纵向开裂。

Ⅱ 梁底跨中横向裂缝：

① 施工原因：施工方面的原因主要是预应力，主要由于张拉过程中控制不当，张拉应力不足或后期预应力损失过大，结构现存预应力水平大大下降，承载力达不到设计要求。

② 运营原因：桥梁在运营运营过程中，铰缝损坏失效，形成单板受力，使板梁承受的荷载效应激增，超过结构自身的抗力效应，导致结构梁底产生超过混凝土抗拉强度的拉应力，最终导致横向开裂。

③ 对于材料劣化引起的横向开裂：主要是由于箍筋锈蚀，混凝土胀裂引起的。桥面防水破坏后桥面积水下渗，沿顶板裂缝进入梁体空腔，最后沿梁底纵向裂缝渗出。在渗出过程中会引起周围箍筋锈蚀膨胀，造成沿箍筋方向混凝土胀裂。

3加固措施

⑴ 先张预应力板梁梁端裂缝：属于结构性裂缝，影响结构承载能力，通长采用粘贴钢板的方式进行加固处理。裂缝处理完成后，通长采用2.5～3.0m长，6㎜～8㎜厚钢板跨越裂缝用螺栓固定，采用压力注浆的方式灌入粘结剂。

⑵ 后张预应力板梁跨中横向裂缝：对于结构性裂缝通长采用粘贴钢板或碳纤维板材两种方法。两种方法各有利弊。

① 粘贴钢板：通常采用6㎜～8㎜厚钢板布置于跨中，其长度一般为L/2，中间连贯，用螺栓固定后，采用压力注浆的方式灌入粘结剂。其优点是在强度方面提高承载能力的同时，也增加了梁体的刚度。

② 粘贴碳纤维材料：通常采用条状碳纤维板布置于跨中，其长度一般为L/2，中间连贯，采用粘结剂直接粘贴于处理后的梁底。其优点是施工简单，不会对梁体产生破坏，耐腐蚀性强；缺点是相对于粘贴钢板只能在强度方面提高承载能力，对刚度的贡献较小。

⑶ 后张预应力板梁梁底纵向裂缝：由于对结构纵向承载能力影响较小，通长采用裂缝处理的方式，对于裂缝宽度小于0.15㎜的一般采用表面封闭的方式用胶黏剂在裂缝表面进行刮涂封闭；对于大于0.15mm的裂缝采用压力灌浆法利用压力将胶黏剂或水泥注浆料注入裂缝内进行封闭。对于裂缝产国规范限值且宽度较大，严重影响板梁抗扭刚度及横桥向受力情况，应采用裂缝处理和横桥向粘贴钢板或碳纤维材料相互组合的方式，加强板梁结构的整体性。

4结语

由上述分析可以看出，对于预应力板梁，不同的结构类型会产生不同的开裂病害，而每种病害产生的原因也不尽相同，涉及设计、施工、运营三方面因素的单独或综合影响，因此在对病害进行维修加固时，要进行详细分析，选择最合适有效的措施，同时预应力板梁的裂缝，不论是梁底横向裂缝还是纵向裂缝都会影响结构的承载力及耐久性，尤其是横向裂缝严重影响结构的安全，应做到及时发现、及时处理，加强后期观测。

参考文献

[1] 公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2004） 人民交通出版社

[2] 公路钢筋混凝土與预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004））人民交通出版社

[3] 赵华庆，史卫滨，空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策[J]，铁道建筑，2011（3），4-5。