預應力混凝土箱梁常見病害分析及設(shè)計對策

1、<p>　　預應力混凝土箱梁常見病害分析及設(shè)計對策</p><p>　　摘要：預應力混凝土連續(xù)箱形截面梁以其造價低、跨度大、施工速度快的優(yōu)點在我國橋梁建設(shè)中得到廣泛的應用。但是在施工及通車運營的過程中也顯示出不少問題。本文主要對預應力混凝土箱梁常見病害分析進行了分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：預應力；混凝土箱梁；對策 </p><p>　　中圖分類號

2、： TU37文獻標識碼： A </p><p>　　一、箱梁斜裂縫的主要原因及對策 </p><p>　　1、在預應力連續(xù)箱梁設(shè)計的早期階段，普遍采用直線形的方式來配預應力筋，這樣做的好處是計算方便、可以減小腹板的厚度，施工起來也很簡便，理論依據(jù)是配置縱向、豎向預應力鋼筋能提供對梁體足夠的壓應力，能夠有效抵抗外荷載產(chǎn)生的最大主拉應力的破壞。但是在實際操作中最大的問題在于豎向預應力鋼筋采用的

3、是精扎螺紋鋼，這種鋼筋預應力張拉后的錨固效果不理想，施工質(zhì)量不穩(wěn)定，常出現(xiàn)螺母、墊板錨不到位，施工粗糙的現(xiàn)象，而且箱梁的腹板高度一般為1～2m，預應力筋短，預應力損失多，一般達到50%左右，這樣所建立的預應力所剩無幾，必然造成主拉應力不足。另一方面，實際計算箱梁腹板的主拉應力時一般僅考慮豎向、縱向的拉應力，公式如下： </p><p>　　這是理想化的平面受力狀態(tài)，而箱梁在實際工作中是一個空間受力狀態(tài)，腹板與上下

4、頂（底）板是固接的，荷載傳來的橫向應力還是較大的，計算主拉應力時應當用三維坐標公式才能準確地描述箱梁的受力狀態(tài)。 </p><p>　　施工過程中產(chǎn)生這些裂縫的原因主要是施工粗糙，質(zhì)量控制點監(jiān)管不力等。豎向預應力筋的張拉，不嚴格依操作規(guī)程執(zhí)行，不進行二次或多次張拉，螺母錨固不緊，墊板缺失，預應力損失過大，有效預應力達不到設(shè)計要求，有的甚至螺母松動，預應力根本沒有建立等現(xiàn)象?？v向預應力筋存在的施工問題是，常因鋼絞線

5、定位不準確，導致預應力的摩擦損失過大，或張拉程序控制不好，錨下應力沒有有效建立，預應力孔道壓漿不密實，張拉的預應力不能有效地傳遞到梁體上等等。 </p><p>　　2、采取的對策：目前，鑒于以前的教訓，箱梁設(shè)計預應力筋時以彎代直，嚴格依據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖配預應力筋。對于腹板的主拉應力的計算采用三維坐標公式，適當加大箱梁腹板的厚度，這樣做的效果大大減少了箱梁裂縫的出現(xiàn)。在施工中嚴格控制施工質(zhì)量，對于豎向預應力筋，它的長

6、度很小，張拉時一定要嚴格施工，精細操作，要進行二次或多次張拉，減少預應力的損失；施工中要注意墊板的水平，否則螺母擰不緊，預應力不能有效地建立?？v向預應力鋼筋的長度較大，要嚴格控制鋼絞線坐標，張拉端千斤頂?shù)姆较蚺c梁的截面垂直，防止摩擦力損失過大。張拉時選擇正確的張拉程序，優(yōu)先使用低松弛鋼絞線，減少預應力松弛損失。張拉時間選擇不僅要求混凝土強度達到設(shè)計強度的90%，混凝土的彈性模量也要達到設(shè)計要求，否則混凝土彈性模量不足，張拉會造成混凝土受

7、壓變形較大，預應力存在附加的損失。張拉的數(shù)值結(jié)果要進行雙控——張拉錨下應力的控制與伸長量的控制，張拉錨下應力應達到設(shè)計要求，實際伸長量與理論伸長量的誤差在6%以內(nèi)，達不到要求要停止操作，分析原因，找出問題所在。 </p><p>　　二、箱梁橫向裂縫的主要原因及對策 </p><p>　　1、通常，梁體出現(xiàn)橫向裂縫主要是梁的正截面抗彎強度不足，一般出現(xiàn)在頂板、底板的部位，這種裂縫對梁體的承

8、載能力影響較大，要引起重視。產(chǎn)生的主要原因是梁截面的拉應力不足，建立的有效預應力損失過大，導致梁體的抗彎承載力不足。設(shè)計上應考慮沿橋縱向、橫向的最不利荷載組合，還應當考慮剪力滯、約束扭轉(zhuǎn)、畸變對箱梁頂板、底板拉壓應力的影響，因箱梁是閉合的薄壁結(jié)構(gòu)，剪力滯的影響使得腹板部位的上下底板處的拉力突變，較頂板（底板）其他部位存在較大的峰值。約束扭轉(zhuǎn)形成的附加正應力對截面尺寸大的箱梁內(nèi)力的影響還是較大的，不能忽略，應采用烏曼斯基理論進行分析，計算

9、。該方法計算結(jié)果偏于安全，在實際工程中應用廣泛。施工中要嚴格控制預應力施工質(zhì)量，鋼絞線的坐標要定位準確，定位鋼筋直線段1m一道，曲線段間隔50cm，曲線的線形連續(xù)、流暢，不得有偏位、突變的現(xiàn)象，防止摩擦力損失過大。對長度35m以上的鋼絞線應采取兩端同時對稱張拉的方法操作，減少預應力損失。盡量使用摩擦系數(shù)低的橡膠波紋管，降低張拉時的摩擦力。另外，應對預應力孔道的摩擦系數(shù)進行準確測定，精確計算鋼絞線張拉的伸長率。同時要加強預應力孔道壓漿的質(zhì)

10、量，壓漿要飽滿、密</p><p>　　2、橫向裂縫的另一個類型是橫向崩裂裂縫，易出現(xiàn)在頂板、底板部位，因底板（頂板）的縱向鋼絞線張拉時，鋼絞線會對孔道周邊混凝土形成徑向的壓力，當這個壓力達到一定的數(shù)值時，而周邊混凝土約束能力不強，則易產(chǎn)生裂縫，嚴重時會發(fā)生混凝土的崩壞現(xiàn)象，上下層鋼筋網(wǎng)片剝離。這種裂縫預防采取的措施主要在上下層鋼筋網(wǎng)片中設(shè)置拉筋，間距50cm一道，利用拉筋抵抗混凝土的徑向的壓力，同時應提高混凝土

11、的強度。 </p><p>　　三、箱梁的溫度、收縮裂縫的主要原因與對策 </p><p>　　這類裂縫的出現(xiàn)主要是混凝土內(nèi)外溫差的影響造成的，箱梁的混凝土一般都是大體積澆筑的，由于水化熱的影響混凝土內(nèi)外的溫差是較大的，普遍超過25℃，若不采取措施混凝土是很容易產(chǎn)生溫差裂縫的。另外箱梁頂面攤鋪瀝青混凝土時，表面溫度會達到150℃，在頂板上形成很高的應力梯度，這也是造成溫度裂縫的原因。對大體

12、積混凝土水化熱的影響目前采取的方法是優(yōu)化混凝土配合比等方法，采用水化熱低的水泥，摻用一定量的粉煤灰來替代水泥使用，降低沙石的表面溫度，控制好混凝土的入模溫度，采取分層澆筑的方法，加大混凝土的散熱表面積，混凝土表面及時進行二次收面，防止收縮裂縫的出現(xiàn)，對澆好的混凝土及時養(yǎng)護，時間在14d以上。對于攤鋪瀝青時的溫度的影響，除施工過程中加強控制外，建議設(shè)計時將此項頂板的溫度應力考慮進去，適當增加配筋，做到有備無患。 </p>&

13、lt;p>　　四、計時結(jié)構(gòu)計算方面的防治措施 </p><p>　　1、準確模擬實際施工狀態(tài) </p><p>　　計算中應模擬出實際結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的不利施工狀態(tài)，以懸臂施工的橋梁為例，模擬為：該節(jié)段混凝土澆筑完畢，錨固于該節(jié)段的預應力鋼筋尚未張拉，掛籃尚未前移。 </p><p>　　2、荷載組合時應區(qū)分運營前后期 </p><p>　

14、　運營前期，此時收縮徐變尚未全部完成就與運營荷載組合。運營后期，此時收縮徐變均已全部完成再和運營荷載組合。有時是運營前期控制，以往習慣只計算運營后期，可能會造成漏算。 </p><p>　　3、預應力損失計算參數(shù)應取規(guī)范容許值的上限 </p><p>　　有大量資料證明預應力的有效性實測值，明顯低于設(shè)計分析的期望值。其中一個很重要的原因就是規(guī)范中預應力損失計算參數(shù)取值偏低。如管道偏差系數(shù)K

15、，實測值經(jīng)常比規(guī)范值大 6 倍左右。K 值是反映管道線形平順度的，與施工質(zhì)量有很大關(guān)系，存在很大的變數(shù)。美國橋規(guī)中對 K 的取值比我國規(guī)范要大。鑒于以上原因，設(shè)計計算時預應力損失計算參數(shù)均應取規(guī)范值的上限。 </p><p>　　4、綜合考慮主應力的空間效應 </p><p>　　規(guī)范中對主應力的計算公式都是針對早期設(shè)計的I形梁、T形梁而言的，因為這兩種梁式應用平面計算出來的主拉應力是可靠

16、的，能夠控制斜裂縫的開展。但是對于箱梁主應力計算并沒有明確的公式。對于箱梁，特別是腹板間距較大的箱梁，橫向框架效應對主拉應力的影響非常顯著。通常做法都是縱向計算采用平面桿系模型，橫向計算則按平面框架考慮。建議縱橫分算，綜合考慮。 </p><p>　　5、考慮腹板箍筋雙向受力 </p><p>　　對于預應力混凝土箱梁，腹板箍筋既要參與縱向抗剪又要承受橫向抗彎。設(shè)計中如果把箍筋100%進行

17、縱向斜截面抗剪計算，強度滿足要求，再把箍筋100%進行橫向框架計算也滿足要求。看似所有驗算都通過了，實則不然。箍筋不能在參與一個方向受力的同時再100%地在另一個方向發(fā)揮作用。 </p><p>　　6、重視橫隔梁處的受力分析 </p><p>　　以往預應力混凝土箱梁設(shè)計中往往重視縱向的平面計算和橫向框架計算，對于橫隔梁的分析計算重視程度不夠。高而短的橫隔梁，一般只有兩個支座，且支座離腹

18、板較近，橫隔梁一般不控制設(shè)計。但對于矮而長的橫隔梁，當支座距離腹板較遠，或者個別腹板下面沒對應設(shè)置支座時，需要特別注意。這時需要將橫隔梁簡化為工字梁來進行計算。簡化模型的外荷載中不要把腹板傳來的巨大集中剪力漏掉。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　總之，在實際工程中，預應力混凝土箱梁橋運用的最為廣泛，其施工工藝非常成熟，但是也存在一些

19、問題，只有針對裂縫的情況進行深入研究，并找到了裂縫出現(xiàn)的主要原因，提出了合理的處理措施，才能使橋梁在建成后滿足社會需求。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]金明鵬.預應力梁預制中設(shè)置反拱的建議[J].中國市政工程，2012. </p><p>　　[2]周慶．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板斜裂縫成因與控制[