預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋腹板裂縫成因分析

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1、172l規(guī)劃與設(shè)計(jì)29．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋腹板裂縫成因分析張建仁1郭堅(jiān)2余錢(qián)華1(1．長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2．長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司)摘要本文在分析預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁開(kāi)裂的主要原因的基礎(chǔ)上，應(yīng)用大型Ansys有限元軟件，考慮縱、豎向預(yù)應(yīng)力損失對(duì)腹板主應(yīng)力影響，分析了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的腹板裂縫問(wèn)題，并結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果同某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比研究，得出了一些重要而有益的結(jié)論。關(guān)鍵詞預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋腹板裂縫有限元預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋因其具有較大的抗彎抗扭剛度、較好的整體

2、性和連續(xù)性而被廣泛采用。但這種橋梁也存在著一些缺點(diǎn)，裂縫問(wèn)題就是其中之一。許多預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋在施工或使用階段，普遍出現(xiàn)了各種不同性質(zhì)的裂縫問(wèn)題。近年來(lái)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的裂縫問(wèn)題已越來(lái)越引起人們的關(guān)注。本文以某大型預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，根?jù)預(yù)應(yīng)力混凝土計(jì)算理論及有限元理論對(duì)腹板裂縫的成因進(jìn)行了計(jì)算分析，進(jìn)而為該類橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算以及施工提供參考。一、箱梁裂縫產(chǎn)生因素1．結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的不足。目前連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算通常采用平面程序。該類分析軟件用于連續(xù)梁、連續(xù)剛

3、構(gòu)橋整體計(jì)算無(wú)疑是一種簡(jiǎn)單而有效的方法，能夠很好的分析由結(jié)構(gòu)自重、車輛荷載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮、徐變及溫度荷載引起的結(jié)構(gòu)縱向彎曲變形時(shí)結(jié)構(gòu)的受力。但對(duì)于連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，特別是變截面箱梁橋這類復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，沿橋梁縱向箱梁高度、箱梁頂板、底板、腹板厚度是逐漸變化的，故剪力滯效應(yīng)是變化的，由偏心荷載引起的扭轉(zhuǎn)、畸變的影響也是變化的。但在整體分析計(jì)算時(shí)，用平面程序很難精確模擬這種變化，計(jì)算時(shí)也往往忽略了一些影響因素，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果很難與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況完全吻合。2．混凝土收縮徐變的作用由于溫度和濕度

4、的變化，引起水泥石中水分的變化，混凝土體積會(huì)逐漸縮小，混凝土收縮時(shí)鋼筋承受壓力，阻礙了混凝土部分的收縮變形，并使混凝土承受拉力，這是產(chǎn)生裂縫的重要原因。長(zhǎng)時(shí)間受力作用下，混凝土徐變逐漸增加。較大的徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，它們分別與混凝土齡期、混凝土開(kāi)始受載齡期密切相關(guān)。徐變對(duì)短周期分段懸臂澆筑結(jié)構(gòu)的作用顯著。連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂施工時(shí)，每施工塊(段)從混凝土澆筑到應(yīng)力施加僅3～5天，且每塊(段)分2～3次澆筑，各部分受力形式互不相同，所以混凝土長(zhǎng)期徐變及其引起的應(yīng)力重分布較為可觀，計(jì)算也較為

5、復(fù)雜?？紤]不精確會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算應(yīng)力和撓度與實(shí)際往往有較大的出入。3．溫度的影響置于自然環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，由于熱傳導(dǎo)性能較差，周圍環(huán)境氣溫的變化及陽(yáng)光輻射的作用，使結(jié)構(gòu)表面溫度迅速變化，而其結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度仍處于原來(lái)溫度狀態(tài)，使混凝土結(jié)構(gòu)中形成較大的溫度梯度?；炷两Y(jié)構(gòu)的各部分處于不同的溫度狀態(tài)，由此產(chǎn)生的溫度變形，當(dāng)被結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外約束阻礙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超過(guò)活載應(yīng)力。對(duì)于溫度梯度的影響，現(xiàn)行橋梁一般通過(guò)假定溫度梯度在整個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)縱向長(zhǎng)度上恒定不變來(lái)計(jì)算

6、的，但這與實(shí)際情況存有差異，是造成預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁開(kāi)裂的另一個(gè)原因之一。29．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)粱橋腹板裂縫成因分析173除上述幾個(gè)主要原因外，目前我國(guó)建造的混凝土箱梁結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)采用預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，這樣預(yù)應(yīng)力的損失也勢(shì)必會(huì)對(duì)此類箱梁的裂縫產(chǎn)生影響，本文結(jié)合實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)的裂縫檢測(cè)結(jié)果，針對(duì)豎向和縱向預(yù)應(yīng)力損失對(duì)箱梁腹板開(kāi)裂的影響來(lái)展開(kāi)理論分析。二、工程概述某橋?yàn)楣F兩用橋，公路橋主橋?yàn)?2m+5×96m+62m的7跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。橋面縱坡0％。橋面寬：15．O+2×1．5m，橋面設(shè)雙向1．5％橫坡。連

7、續(xù)梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，根部梁高5．6m，跨中及邊跨直線段梁高2．6m，按圓曲線變化。頂板寬度17m，厚度0．28m。腹板向內(nèi)傾斜，斜度1／3，變厚度0．42"---0．7m。底板寬度6．3m+a(斜度加寬值)，變厚度0．3m",-0．8m。沿縱向在支座處設(shè)有橫隔板，橫隔板厚度端支座處0．5m，中支座處1．2m。該橋?yàn)槿蝾A(yù)應(yīng)力體系：縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置于頂板、腹板及底板內(nèi)，為9—7∥5鋼絞線，最大張拉力1510kN；橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置于頂板內(nèi)為4∥15．2，最大張拉力660kN；豎向預(yù)應(yīng)力采用垂2

8、5精軋螺紋鋼筋，布置于腹板和橫隔板內(nèi)，最大張拉力331kN。該橋于2000年9月完成動(dòng)、靜載試驗(yàn)，于2000年10月通車試運(yùn)營(yíng)。三、腹板裂縫檢測(cè)結(jié)果在7跨連續(xù)梁中有6跨腹板上發(fā)現(xiàn)有裂縫，總計(jì)51條，其中有45條裂縫位于6號(hào)至8號(hào)梁段，即位于L／4一-'L／3之間(L為跨徑)，其中裂縫寬度小于0．2ram的有24條，占47％，裂縫寬度大于0．2mm的有27條，占53％，最大縫寬達(dá)0．54mm。肉眼可見(jiàn)腹板兩側(cè)均有裂縫，即裂縫貫通有9條，占18％。裂縫發(fā)展的特點(diǎn)是上寬下窄