预应力箱梁梁体裂缝成因分析及防护措施

赵华清

摘 要：预应力箱梁梁体裂缝的表现形式比较复杂，包括设计时未合理考虑温度应力，对超静定预应力混凝土连续梁桥设计中的次内力计算不正确等引起的裂缝，或者是由于施工方法及施工工艺不当产生的裂缝。预应力作用以及滑道和拉锚器等顶推装置的影响均可能造成頂推箱梁梁体开裂。箱梁桥顶推梁开裂主要分布在箱梁底板与腹板相交的承托部位，本文分析了弯桥顶推中梁体裂缝成因，并阐述了有效的控制措施，确保桥梁工程的安全性。

关键词：预应力箱梁梁体裂缝；防护

预应力箱梁梁体裂缝产生的根本原因不是结构的强度，而是由于外在约束导致结构变形产生的。引起抗弯和抗剪能力不足的原因是多方面的，对预应力筋曲率引起的应力估计不足。在施工技术应用上不满足对正常结构所需要的施工要求。而一般引起预应力混凝土箱形梁开裂只产生较小的在允许限度内的应力或超应力。但是由于应力叠加的出现，以致会因为超应力而导致裂缝。

1 预应力箱梁梁体裂缝成因分析

1.1 设计上的不足

首先由于平面杆系计算代替空间分析计算，这种做法在在结构计算中，会导致抗剪计算不够充分，造成抗剪钢筋配置不足；其次是预应力引起的剪力效应没有得到充分的认识由于前后载对梁受力状态影响较小。跨的荷载既有纵向影响，也有横向影响。设计者忽视了对箱梁细部构造的考虑，使得截面横隔板日渐减少， 底板、 腹板偏薄。部分预应力混凝土连续箱梁桥，在梁的跨中易出现裂缝。有的预应力连续箱梁桥的设计对混凝土的弹性模量没作具体的规定，而实际上混凝土弹性模量的高低还达不到结构设计的要求，使结构产生裂缝。

1.2 施工工艺不当

在箱梁预制模板施工中，芯模拆除采用开天窗方法施工。拆除内芯模板时由于操作不当，出现多次撞击，此时混凝土强度较低，导致了钢筋与混凝土的握裹程度不高，从而大大降低了钢筋与混凝土的握裹力，甚至使由于模板与钢筋多次撞击影响了抗拉强度或者是出现了拆除模板不当，由于箱梁施工中多采用大块整体钢模板需用吊装机械配合作业，因操作不当使翼缘板受到向上的外力作用，使其根部产生裂缝。同时在振捣中，工作人员往往忽视了箱梁顶板的振捣，导致振捣棒作业间距、振捣时间没有达到标准，致使箱梁顶板不密实。

1.3 预应力加载历史对抗裂和耐久不利

PC 箱梁大都采用悬臂浇筑施工的，这种施工方式从微观结构的角度分析，早期施加的应力当由早期结硬的混凝土“骨架”承担，后期水化的水泥颗粒逐步硬结，只有再次加载才能逐步参与受力，混凝土内部的受力骨架承担的应力要远大于后期水化的水泥颗粒。混凝土内部水泥的水化进程之间尚存在一定的应力，但早强混凝土脆性特点明显，在微观结构上应力状态的能力差，进一步加剧微裂缝的出现

2 预应力箱梁梁体裂缝成因的防护措施

2.1 强化设计

由于预应力箱梁梁体薄构件易受到温度、收缩和徐变的影响， 所以薄部件混凝土浇筑要严格按规范进行。漏振的混凝土不仅外观上出现麻面蜂窝，而且强度也大大降低。当桥面宽度大于20m时，应对桥面横向不对称荷载对箱体产生的不利影响进行受力分析。在顶底板布置加强钢筋网，降低箱室与箱室间的温度差异来控制温度应力。选择合适的温度梯度曲线进行设计计算。如果允许出现裂缝则对耐久性产生不利影响。在大跨度预应力混凝土箱形梁桥中，特别是超静定结构体系是预应力混凝土箱形梁产生开裂的主要原因。而温度梯度很难与实际的温度场相符合，因此在计算温度应力时就必须建立合理的温度场模型，选择合理的温度梯度曲线。

2.2 优化施工工艺

首先是进行预应力混凝土箱梁预制各道工序的技术交底工作，使各道工序作业有章可循，实行规范化作业，程序化施工。

其次是改进预应力施工工艺，进一步增加结构的整体耐久性。一是降低水化热来减小收缩变形。由于矿渣微粉减小收缩能力不如粉煤灰。矿粉与粉煤灰复掺是避免水泥早期强度过高这一弊端的有效途径；二是采用真空辅助压浆技术，采用竖向预应力设计的箱梁能有效的减少预应力损失。对提高力筋的耐久性具有显著的作用。

2.3 预应力加大抗裂和耐久技术

首先是了解结构受力特性对混凝土抗裂性能，预应力大跨度连续刚构引起的作用效应有：弯曲、扭转、剪滞、畸变等，对其作用效应产生很大的影响。由于作用时机的复杂性，设计人员必须找出影响混凝土抗裂性能的关键因素及其作用规律。

其次是加强箱梁关键部位的配筋设计，结构分析计算中应计入高强混凝土、变厚度等因素的影响。同时必须考虑诸多因素的影响：在设计中，预应力腹板厚度对抗剪设计至关重要，预应力管道引起的应力集中均也不容忽视，必要的体外预应力提供了一种可供选择的力筋更换形式。体外预应力对桥梁正常使用状态的健康监测提供方便。通过锚固块和数个转向块与桥梁主体结构相互作用，可进一步改善桥梁的使用性能。可以部分甚至全部代替箱梁中的连续预应力索，以改进混凝土施工方法，能有效降低各种侵蚀性介质的渗透，避免减少混凝土中产生不确定的次生应力。

总之，大跨度箱梁结构在施工的受力极为复杂，加上混凝土材料的弹塑性等特性，导致对跨度箱梁结构在各阶段的受力特点难以完全把握。因此，在充分把握材料特性的基础上应加强结构设计人员概念设计，建立和完善结构分析方法，针对结构受力复杂部位从受力性能的角度解决裂缝控制问题，采取合理的设计施工对大跨度箱梁结构抗裂控制意义重大。

参考文献

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[2]殷莉娟.钢筋混凝土桥梁裂缝类型及分析[J].交通世界：建养， 2011，（9）：161-163.

[3]刘松平.钢筋混凝土桥梁裂缝成因分析与加固措施研究[D].浙江大学， 2012.

（作者单位：黑龙江永拓工程项目管理有限责任公司）