简支转预应力连续T梁桥开裂病害分析

李星明

(山西远方路桥(集团)有限责任公司,山西 大同 037006)

1 简支转预应力连续T梁结构主要裂缝病害分布特点

本文以某简支转预应力连续T梁结构为例，通过现场调查统计发现，主梁裂缝主要有沿腹板分布的竖向及斜向开裂、T梁横向联系结构竖向及斜向开裂及腹板马蹄贯穿开裂三种。开裂病害整体处于可控状态，经调查统计发现，裂缝宽度基本介于0.05～0.18 mm范围内，且不同结构位置的开裂在车辆冲击荷载作用下呈现出明显的“开合”现象，腹板底部、横隔板底部未出现贯穿开裂，主梁截面的整体性良好，截面抗弯刚度未被明显破坏；此外，单个梁裂缝分布基本呈左右对称分布，表明主梁结构横向荷载分布合理，未出现明显的偏载破坏，也间接表明T梁横向连接系安全、可靠。

2 简支转预应力连续T梁裂缝成因分析

对于钢筋混凝土结构而言，绝大部分受力构件均处于带裂缝工作状态，与钢筋相比，混凝土材料的抗拉压强度较低，且混凝土属于人工非均质材料，不同环境、条件下拌合浇筑的混凝土材料性能离散性较大，因此，在钢筋混凝土承重构件中，混凝土承载属于次要功能，尤其是抗弯拉性能，材料的抗压和保护作用才是混凝土材料的关键功能。虽然带裂缝工作是混凝土结构的常态，但为了保证钢筋混凝土构件的截面刚度、荷载稳定性及结构完整性，规范中对混凝土结构的裂缝宽度及发展形势有较为严格的限定，在结构服役全过程中，必须始终保证结构裂缝处于规范限值以下，一旦裂缝宽度超限或裂缝发展失控，意味着结构在荷载作用下将出现不可恢复的塑性大变形，这在桥梁结构工程中是绝对不允许的。以预应力钢筋混凝土T梁为例，根据裂缝成因机理差异，可将T梁裂缝分为荷载开裂和非荷载开裂两部分。表1就简支转预应力连续T梁裂缝分布进行了总结。

2.1 荷载开裂成因分析

荷载开裂是在车辆荷载、基础不均匀沉降、温度效应及结构体系改变等因素综合作用下导致结构局部出现应力突变而引起的结构开裂。根据受力工况不同，荷载开裂可进一步细分为抗弯开裂、抗剪开裂及荷载局部扰动开裂三种。

表1 简支转连续预应力T梁裂缝

荷载局部扰动开裂多发于简支转预应力连续T梁的施工过程中。局部扰动开裂局限性较大，对于简支转连续T型梁而言，容易出现扰动开裂的位置主要有跨中翼板顶部张拉开裂、湿接段张拉局部应力集中开裂等。以简支转连续梁墩顶负弯矩预应力张拉施工过程为例，在预应力张拉作用下，如果施工控制不当将出现局部应力扰动开裂。为了提高施工一体化程度，一般先对预应力T梁完成横向联系，再对主梁整体施加墩顶负弯矩区湿接段预应力，如果预应力施加不当，墩顶上缘应力状态将从压应力逐步向拉应力过渡，一旦拉应力超过混凝土抗拉强度限值，将导致墩顶上缘出现横向开裂。以边梁为例，通过分析现场试验数据得到了以下应力变化结果，具体如图1所示。

图1 不同张拉应力作用下的上缘应力变化情况

分析图1可知，随着张拉控制应力的逐步下降，上缘应力逐步从压应力向拉应力过渡，在局部拉应力扰动下，上缘将出现荷载开裂，产生横向裂缝，严重影响湿接段的结构刚度和整体性，因此，在结构体系转变过程中，必须严格控制湿接段的张拉控制力，确保张拉控制力不低于标准抗拉强度的70%。

和扰动开裂不同的是，抗弯开裂和抗剪开裂病害基本出现在运营阶段。以预应力钢筋混凝土T型梁为例，在竖向动静荷载的作用下，T型梁马蹄底部拉应力一旦超过混凝土抗拉强度限值，将出现横向开裂，抗弯开裂危险截面出现在弯矩最大位置，一旦梁底裂缝宽度超过限值，混凝土截面抗弯刚度和完整性将被严重削弱，混凝土保护层的保护功能将被破坏。除了抗弯开裂外，抗剪开裂也是钢筋混凝土T梁常见的裂缝类型之一，尤其是简支转连续结构，在负弯矩位置非常容易出现抗剪开裂。剪切裂缝一般出现在斜截面主拉应力不足的位置，主裂缝一般与梁底边缘呈45°夹角，主裂缝周围伴随衍生出众多次裂缝，如果不能及时处治，剪切开裂位置混凝土将被“剪碎”，出现严重的网状开裂破坏。

2.2 非荷载开裂成因分析

除了荷载开裂外，剩余因素导致的开裂均可归结到非荷载开裂类型中。常见的非荷载开裂主要有：材料干缩开裂、温度变形开裂及永久性开裂等。混凝土在凝结硬化过程中，随着水分蒸发，混凝土干缩效应显现，在混凝土表面诱导出现大量的毛细网状开裂，干缩开裂裂缝数量众多，但宽度较小，一般不大于0.15 mm，分布随机性较强，没有明显规律。温度开裂可以用热胀冷缩解释，尤其是连续梁结构体系中，由于约束数量较多，超静定结构在温度应力作用下，温度变形被约束，进而产生温度应力，温度应力超过混凝土材料抗拉强度后将出现温度开裂。永久性开裂是混凝土结构耐久性的重要反馈信号，永久性开裂不同于其他非荷载开裂，其形成及发展周期较长，混凝土粗骨料在“碱-骨料”反应、化学侵蚀等作用下，骨料变形受到钢筋骨架约束后沿钢筋骨架分布方向出现开裂，在简支转预应力连续T梁中，常见于变截面交界处、腹板底部等位置。

3 总 结

综上分析可知，各种荷载及非荷载开裂是简支转预应力连续T梁最常见的病害类型之一，不同裂缝对桥梁结构的服役能力的影响程度差异较大，在具体工程实践中，必须首先明确不同位置及不同裂缝的形成机理，根据成因差异，制定针对性的处治措施，以最大程度降低开裂对桥梁结构各项工况的影响。