張勇夫

(1．中鐵大橋科學研究院有限公司，湖北武漢430034;2．橋梁結構健康與安全國家重點實驗室，湖北武漢430034)

三跨預應力混凝土連續(xù)箱梁梁端底板斜向裂縫評估

張勇夫1，2

(1．中鐵大橋科學研究院有限公司，湖北武漢430034;2．橋梁結構健康與安全國家重點實驗室，湖北武漢430034)

一城市高架橋梁端底板存在斜向裂縫，與常見裂縫形態(tài)、裂縫走向和分布位置不同。對這種裂縫產(chǎn)生的原因及處置措施尚無工程案例可供參考。為研究裂縫產(chǎn)生的原因及對橋梁結構整體受力產(chǎn)生的影響，通過對梁端預應力張拉過程進行計算模擬，分析預應力張拉過程中梁端應力變化，并通過荷載試驗對結構受力性能進行驗證。分析結果表明，梁端底板斜向裂縫由預應力張拉過程中應力變化所致，裂縫對結構整體受力影響較小，為非結構裂縫。

預應力混凝土連續(xù)箱梁;斜向裂縫;荷載試驗;結構評估;受力性能

昆明市呈貢區(qū)呈黃立交橋位于呈黃公路與昆洛路交叉口，由上、下2層高架橋組成。上層高架橋跨徑組合為［4×23+4×23+3×24+(31.5+35.5+42+ 35.5+31.5)+(22.5+3×23)+4×23+4×23］m，全橋共7聯(lián)，其中第4聯(lián)為(31.5+35.5+42+35.5+ 31.5)m預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁(單箱三室截面，梁高2.0 m)，其余各聯(lián)均為預應力鋼筋混凝土空心板梁(梁高0.9 m，板寬1.0 m)。下部結構為雙柱式橋墩，梁端設預應力墩柱式蓋梁，連續(xù)梁中間墩為雙柱式橋墩，不設蓋梁;橋面寬18.0 m，雙向4車道，橋面設中央隔離帶，橋面鋪裝采用60 mm瀝青混凝土+防水層+80 mm混凝土，160型伸縮縫;支座采用盆式橡膠支座。

橋梁主要設計技術標準:①設計荷載，公路一級;②抗震標準，地震基本烈度8度，重要修正系數(shù)1.3。

梁體橫斷面布置示意如圖1。

圖1 梁體橫斷面示意(單位:cm)

1 病害狀況

由于設計、施工、養(yǎng)護管理等方面的原因，在工程實際中梁體常出現(xiàn)了多種不同性質(zhì)的裂縫，破壞了橋梁的美觀，也影響了橋梁結構的安全性和耐久性［1］。

常見預應力混凝土連續(xù)箱梁裂縫按其形態(tài)可以分為縱向裂縫、橫向裂縫和斜向裂縫。按照裂縫產(chǎn)生的位置不同，可以分為頂板裂縫、腹板裂縫、底板裂縫、橫隔板裂縫、齒板錨固區(qū)裂縫。底板裂縫又可分為橫向裂縫、縱向裂縫和斜向裂縫。

該橋在結構定期檢測過程中發(fā)現(xiàn)連續(xù)梁2邊跨(第12跨和第16跨)梁端底板及腹板9 m范圍內(nèi)存在斜向開裂現(xiàn)象，裂縫最大寬度為0.25 mm。梁體裂縫分布見圖2。

圖2 梁體裂縫分布(裂縫寬度單位:mm;尺寸單位:cm)

從圖2中可以看出梁端裂縫形態(tài)大部分為斜向裂縫，且分布在底板兩側，部分裂縫有向腹板延伸的趨勢。裂縫最大長度3.5 m，最大寬度0.25 mm。

2 橋梁受力狀態(tài)驗算及裂縫成因初步分析

根據(jù)圖紙資料，通過有限元分析軟件Midas/Civil 2015對該橋建立有限元模型，依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)［2-3］進行驗算，相關材料參數(shù)見表1;正常使用極限狀態(tài)荷載組合下梁體彎矩見圖3;恒載作用下梁體截面下緣主拉應力見圖4。

表1 有限元模型材料參數(shù)

圖3 正常使用極限狀態(tài)荷載組合下梁體彎矩(單位:kN·m)

圖4 恒載作用下截面下緣主拉應力(單位:Pa)

根據(jù)設計規(guī)范，正截面強度應符合下式:

式中:Md為作用效應;r0為結構重要性系數(shù);Mu為結構抗力。

由材料截面參數(shù)可算出梁體截面抗力為2.36× 105kN·m，截面抗彎承載力滿足要求。

由于該橋缺少相關施工資料，故按照連續(xù)箱梁一般張拉順序:先張拉長束，后張拉短束。參考圖紙中預應力束布置情況，將預應力束張拉分為4個工況，分別對應距梁端0，2，3.8，9.5 m處的預應力束，在預應力張拉過程中，通過采集梁端10 m范圍內(nèi)梁體截面下緣的應力變化，推斷梁端底板混凝土開裂原因。各級預應力分段張拉過程中，梁端10 m范圍內(nèi)梁體截面底緣應力變化曲線見圖5。

圖5 梁體截面底緣應力變化曲線

由圖5可知，在9.5 m處預應力張拉過程中，梁體截面底緣8～10 m應力變化較大?？赏茰y梁體底板裂縫是由于預應力分段張拉過程中，錨后混凝土應力變化過大所致，特別是9.5 m處預應力張拉過程中，梁端8 m范圍內(nèi)錨后混凝土應力變化較大。

3 基于靜載試驗的病害狀態(tài)評估

為了分析判斷該橋梁端底板斜向裂縫是否為結構性受力裂縫，以及對該橋結構后期安全運營是否存在影響，故對該橋梁端斜向裂縫進行荷載試驗分析［4-5］。根據(jù)裂縫走向，選取4條較長裂縫，布置裂縫測點，測點布置見圖6。

圖6 裂縫測點布置(裂縫寬度單位:mm;尺寸單位:cm)

通過2輛35t渣土車對大里程側梁端進行加載，加載時車尾相對，加載車盡量靠近外側防撞墻，進行偏載加載。加載輪位從梁端開始，每間距1 m進行1次加載讀數(shù)。

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，在各級加載狀態(tài)下，各測點應變變化值普遍偏小。應變最大值為93×10－6，位于圖6中R6點，可得試驗荷載下裂縫擴展量約為0.01 mm，裂縫擴展量非常小，換算成鋼筋應力約18.6 MPa，可見鋼筋的活載作用下應力幅值較小，鋼筋不存在疲勞斷裂的可能。其余各測點應變值均小于70×10－6，各測點的應變殘余值均較小，說明截面變形處于彈性工作狀態(tài)。另外，本次試驗在裂縫末端布置的L1，L8，L9，R1，R9測點的應變值均較小或呈受壓狀態(tài)，說明裂縫在試驗荷載作用下未見明顯延伸的現(xiàn)象。

推斷該橋梁體底板斜向裂縫為施工階段預應力張拉過程中梁體自身應力變化所致，為非結構裂縫，對結構承載力的影響不大，可從結構耐久性方面對其進行修復處理。

4 處理措施

通過分析該橋受力狀態(tài)可知，該橋梁端底板斜向裂縫對結構整體受力影響較小，但考慮到梁體裂縫對橋梁耐久性有影響，長期作用可能引起梁體鋼筋銹蝕。建議對裂縫寬度＜0.2 mm的裂縫進行表面封閉修補，可采用抹漿、鑿槽嵌補、噴漿、填縫的方法使表面裂縫封閉。裂縫寬度＞0.2 mm的裂縫進行壓力灌漿修補，可采用水泥灌漿或化學材料灌漿的方法，將漿液灌滿結構內(nèi)部裂縫，也可通過粘貼鋼板加固法或粘貼碳纖維布法進行適當?shù)难a強［6-10］。

5 結語

本文對預應力混凝土連續(xù)箱梁常見裂縫病害進行了梳理總結，通過工程實例中出現(xiàn)的梁端底板斜向裂縫這一少見裂縫病害，對該橋進行受力狀態(tài)驗算分析和靜載試驗評估，得出該橋梁端底板斜向裂縫形成的初步原因為預應力張拉過程中錨后應力變化所致，該處裂縫對橋梁結構整體受力影響較小。

［1］鐘鳴．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫研究［D］．成都:西南交通大學，2008．

［2］中華人民共和國交通運輸部．JTG D60—2015公路橋涵設計通用規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2015．

［3］中華人民共和國交通運輸部．JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［4］中華人民共和國交通運輸部．JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］．北京:人民交通出版社，2011．

［5］黃晶．大跨徑預應力連續(xù)梁橋裂縫機理與對策研究［D］．武漢:武漢理工大學，2009．

［6］蘭衍亮．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板斜裂縫分析及加固研究［D］．廣州:華南理工大學，2010．

［7］劉冬平．預應力混凝土連續(xù)箱梁橋加固研究［D］．合肥:合肥理工大學，2009．

［8］馮海龍，高巖，胡強．預應力混凝土連續(xù)箱梁病害評估及成因分析［J］．鐵道建筑，2015(11):21-23．

［9］李江山．預應力連續(xù)梁設計應注意的問題［J］．公路，2002 (2):4-7．

［10］浙江省交通廳公路管理局．預應力混凝土箱梁連續(xù)梁橋裂縫調(diào)查分析及防治研究報告［R］．杭州:浙江省交通廳公路管理局，2000．

Evaluation of Oblique Cracks in Bottom End of Three-span Prestressed Concrete Continuous Box Girder

ZHANG Yongfu1，2
(1．China Railway Bridge Science Research Institute Limited，Wuhan Hubei 430034，China;2．State Key Laboratory of Bridge Structure Health and Safety，Wuhan Hubei 430034，China)

Oblique cracks were found in bottom end of the urban viaduct，which were different from the common crack form，direction and distribution．T he causes and treatment measures of the cracks were not available for reference．In order to study the cause of crack and its influence on the force of bridge structure，the prestressing process of the girder was simulated to analysis the variation of stress．T he mechanical properties of the structure was verified by loading test．Analysis results show that the oblique crack caused by the variation of stress in the prestressing process．T he crack has little influence on the structure of the structure，which it is not structural crack．

Prestressed concrete continuous box girder;Oblique crack;Load test;Structural assessment;M echanical property

U445．71

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．07

1003-1995(2016)12-0024-03

(責任審編鄭冰)

2016-06-02;

2016-11-01

張勇夫(1990—)，男，碩士。