趙華慶，史衛(wèi)濱

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

空心板梁底板縱向裂縫成因分析及加固對策

趙華慶1，史衛(wèi)濱2

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100096;2.中鐵二十三局集團 第一工程有限公司，山東 日照 276826)

底板縱向裂縫是空心板梁的通病之一，本文從設(shè)計、施工、運營等方面對引起底板縱向裂縫的原因進行了分析，并結(jié)合試驗說明了底板縱向裂縫對梁體受力的影響，在此基礎(chǔ)上提出了空心板梁底板縱向裂縫的四種加固方案。

縱向裂縫 成因分析 加固對策

1 工程概況

混凝土空心板梁具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、用材經(jīng)濟、建筑高度低、吊裝質(zhì)量輕，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化制作，是公路和城市中小跨度橋梁中廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)筆者近幾年的橋梁狀態(tài)調(diào)查結(jié)果表明，目前混凝土空心板梁底板普遍存在縱向開裂的現(xiàn)象，這類裂縫既存在于普通鋼筋混凝土空心板梁中，也存在于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁中(包括先張法和后張法空心板梁);既存在于邊梁中，也存在于中梁中。部分裂縫在梁體預(yù)制完成拆模后即出現(xiàn)，有些裂縫在橋梁正常運營一段時間后產(chǎn)生。由于空心板梁是以縱向受力為主的受彎構(gòu)件，當(dāng)?shù)装宄霈F(xiàn)裂縫后，其產(chǎn)生的原因及對結(jié)構(gòu)的影響就成為了工程建設(shè)者和管理者所關(guān)注的問題。本文結(jié)合筆者多年從事檢測、設(shè)計及加固施工的經(jīng)驗，對上述兩個問題進行了分析和探討，以便為同類工程提供參考和借鑒。

2 裂縫形態(tài)及對結(jié)構(gòu)受力的影響

空心板梁底板縱向裂縫一般分布在空心板梁跨中位置附近，多數(shù)裂縫貫穿了空心板全長，從支點一直延伸至跨中，直至另一個支點。但也有部分空心板梁裂縫并不連續(xù)，僅在局部開裂，而且跨中縱向開裂多，支點附近開裂少。從歷年的檢查結(jié)果來看，空心板梁縱向裂縫寬度一般在0.1～0.3 mm左右，部分較嚴(yán)重的裂縫寬度超過1.0 mm，大多數(shù)的裂縫寬度已經(jīng)超過《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(JTGH11—2004)對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件縱向裂縫寬度的限值(0.2 mm)。

文獻［2］指出，底板存在縱向裂縫的梁，其承載能力仍能滿足要求，但個別裂縫較嚴(yán)重的梁的撓度、應(yīng)力值的校驗系數(shù)呈離散情況，這說明縱向裂縫對空心板梁的縱橋向承載能力影響不大，但較嚴(yán)重的裂縫對梁體的整體性和剛度產(chǎn)生影響。文獻［1］表明，由于縱向裂縫的存在，空心板梁由原來的閉口截面變成了開口截面，梁體抗扭剛度顯著降低，各空心板梁橫向連接剛度明顯減弱，荷載橫向分布系數(shù)增大，這樣勢必導(dǎo)致主梁縱向受力增大，使空心板梁存在產(chǎn)生橫向裂縫的隱患。本文選取了某高速公路存在底板縱向裂縫的空心板梁進行了實橋試驗，并將試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果(按未開裂截面計算)進行了對比，結(jié)論與文獻［2］結(jié)果基本一致，縱向裂縫對空心板梁的承載能力影響較小，實測梁體橫向分布影響線較為平滑，影響線形態(tài)與未開裂截面的計算結(jié)果形態(tài)較為接近，表明梁體底板縱向裂縫對梁體橫向分布影響較小，對結(jié)構(gòu)整體工作狀況影響不大。

3 成因分析

空心板梁底板縱向裂縫的產(chǎn)生原因主要包括設(shè)計、施工及運營三個方面：

1)設(shè)計方面。早期空心板梁設(shè)計由于經(jīng)濟因素制約，其底板厚度較薄(一般為10～12 cm左右，部分梁體優(yōu)化設(shè)計后底板厚度更薄)，薄壁結(jié)構(gòu)在縱向受力時其截面將發(fā)生畸變變形，同時在底板上下緣產(chǎn)生畸變彎曲應(yīng)力，當(dāng)畸變拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，勢必導(dǎo)致底板產(chǎn)生縱向開裂。若底板橫向構(gòu)造配筋較少，則鋼筋無法限制縱向裂縫的擴展(底板橫橋向為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))，這也是底板縱向裂縫寬度一般較大的原因之一。

2)施工方面。施工工藝引起空心板梁底板產(chǎn)生縱向裂縫的因素較多，其中預(yù)應(yīng)力因素較為關(guān)鍵。正常狀態(tài)下施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力將對截面產(chǎn)生軸向壓力和彎矩，由于混凝土材料的泊松效應(yīng)，在軸向壓力作用下底板將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，此應(yīng)力與截面的畸變應(yīng)力組合后往往大于混凝土的抗拉強度，這就是產(chǎn)生縱向裂縫較為普遍的原因之一。若后張法預(yù)應(yīng)力管道定位不牢固，預(yù)應(yīng)力鋼束在澆筑混凝土后出現(xiàn)起伏狀，則張拉鋼束時預(yù)應(yīng)力的徑向力將導(dǎo)致底板出現(xiàn)局部開裂。曾對部分出現(xiàn)縱向裂縫的空心板梁進行了驗證，發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)裂縫與定位鋼筋間距太大或定位不牢固有直接關(guān)系。

此外，空心板梁混凝土質(zhì)量較差、振搗不密實、內(nèi)模下沉導(dǎo)致底板厚度偏薄等因素均可引起底板產(chǎn)生縱向裂縫，但上述因素可以通過加強施工管理來解決，不具有普遍性。

3)運營方面。大量的日常檢查結(jié)果表明，采用四個板式橡膠支座的空心板梁極易出現(xiàn)支座局部脫空、整體脫空甚至支座缺失的情況。若空心板梁支座出現(xiàn)病害，則梁體受力偏移設(shè)計意圖，空心板梁約束扭轉(zhuǎn)內(nèi)力加大，在約束扭轉(zhuǎn)的作用下截面同樣產(chǎn)生畸變彎曲應(yīng)力，也是引起空心板梁底板縱向裂縫的原因之一。

文獻［4］認(rèn)為空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)由空心板內(nèi)外溫差所引起，并指出底板對內(nèi)外溫差較為敏感，而頂板不敏感，并建議在空心板梁底板開通風(fēng)口。筆者認(rèn)為空心板梁內(nèi)外溫差對底板受力影響較小，一方面是空心板梁壁厚較小，熱傳導(dǎo)很快就能完成;另一方面中板受外界環(huán)境溫度影響較小，但中板出現(xiàn)底板縱向裂縫亦是普遍現(xiàn)象。

綜合以上分析，空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)是上述三個方面因素單獨或綜合的體現(xiàn)，亦不排除是混凝土收縮產(chǎn)生早期裂縫，在荷載作用下擴展形成最終的底板縱向裂縫。

4 加固對策

從上述分析可知，底板縱向裂縫對空心板梁承載能力影響較小，但空心板出現(xiàn)裂縫后，其抗扭剛度降低較多，不利于梁體的受力。此外，裂縫對空心板梁的整體性及耐久性亦有顯著的影響。鑒于此，針對空心板梁底板縱向裂縫，目前的加固措施主要有以下四種：

1)裂縫處理。按照《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》(JTG H12—2004)的要求，當(dāng)裂縫寬度在限值范圍內(nèi)時，進行封閉處理，一般涂刷環(huán)氧樹脂膠;當(dāng)裂縫寬度大于限值規(guī)定時，采用壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠或其它灌縫材料。裂縫寬度限值一般可取0.15 mm。

2)粘貼纖維材料。為了防止水氣進入空心板梁腐蝕鋼筋，同時為了增強空心板梁的整體性，可采用沿裂縫粘貼雙向纖維材料的辦法對裂縫進行全覆蓋，纖維材料的寬度一般30～50 cm，可采用的纖維材料包括碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維，但由于加固部位暴露在大氣中，纖維材料及粘結(jié)劑的老化和耐久性問題較為突出。

3)粘貼鋼板。先根據(jù)裂縫寬度分別采取封閉或灌注的方法對裂縫進行處理，然后為了限制裂縫的進一步擴展，采用橫向粘貼鋼板條的方法進行加固，鋼板條一般寬度為10～15 cm，厚度為6～8 mm，鋼板條的縱向間距目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，部分橋梁縱向間距為30～50 cm，部分橋梁縱向間距為1.0～2.0 m。筆者建議跨中可適當(dāng)減小間距，支點附近可適當(dāng)增大間距。

4)內(nèi)灌高標(biāo)號砂漿。此方案一般在處理底板厚度偏薄及底板出現(xiàn)縱向裂縫時采用，施工時在底板內(nèi)鉆進漿孔和出漿孔，然后往空心板空腔內(nèi)灌流動性較好高標(biāo)號砂漿，當(dāng)砂漿達到一定厚度后即可從出漿孔流出，既可以增加底板厚度，又可以限值裂縫的進一步擴展。此方案須嚴(yán)格控制灌入的砂漿數(shù)量，防止梁體恒載增加過大。

5 結(jié)語

通過上述分析可知，空心板梁底板縱向裂縫應(yīng)為設(shè)計、施工及運營三個方面因素單獨或綜合的體現(xiàn)，目前難以準(zhǔn)確界定哪個因素對裂縫的產(chǎn)生起決定性作用。正是由于空心板梁底板縱向裂縫難以有效預(yù)防和控制，目前這一梁型正逐步被小箱梁所替代。

［1］邱利銳.混凝土空心板梁底板縱向裂縫對結(jié)構(gòu)受力的影響分析［J］.鐵道建筑，2009(3)：53-55.

［2］趙衛(wèi)國，薛文.先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁縱向裂縫分析［J］.公路，2006(10)：52-53.

［3］呂長榮，周世軍.裝配式簡支空心板梁縱向裂縫分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007(4)：167-171.

［4］郭銘德，呂錦剛.空心板梁底板縱向裂縫問題的分析［J］.廣東科技，2006(5)：112-113.

U445.7

B

1003-1995(2011)03-0004-02

2011-10-15;

2011-12-20

趙慶華(1977— )，男，河北滄州人，工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)