空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策

2024-11-22

空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策（共4篇）

空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策篇1

空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策

【摘要】:底板纵向裂缝是空心板梁的通病之一，本文从设计、施工、运营等方面对引起底板纵向裂缝的原因进行了分析，并结合试验说明了底板纵向裂缝对梁体受力的影响，在此基础上提出了空心板梁底板纵向裂缝的四种加固方案。关键词:纵向裂缝成因分析加固对策

收稿日期:2011-10-15;修回日期:2011-12-20作者简介:赵庆华(1977—)，男，河北沧州人，工程师。

来源： 1工程概况

混凝土空心板梁具有结构简单、施工方便、用材经济、建筑高度低、吊装质量轻，易于实现标准化和工厂化制作，是公路和城市中小跨度桥梁中广泛采用的一种结构形式。根据笔者近几年的桥梁状态调查结果表明，目前混凝土空心板梁底板普遍存在纵向开裂的现象，这类裂缝既存在于普通钢筋混凝土空心板梁中，也存在于预应力钢筋混凝土空心板梁中(包括先张法和后张法空心板梁);既存在于边梁中，也存在于中梁中。部分裂缝在梁体预制完成拆模后即出现，有些裂缝在桥梁正常运营一段时间后产生。由于空心板梁是以纵向受力为主的受弯构件，当底板出现裂缝后，其产生的原因及对结构的影响就成为了工程建设者和管理者所关注的问题。本文结合笔者多年从事检测、设计及加固施工的经验，对上述两个问题进行了分析和探讨，以便为同类工程提供参考和借鉴。

2裂缝形态及对结构受力的影响

空心板梁底板纵向裂缝一般分布在空心板梁跨中位置附近，多数裂缝贯穿了空心板全长，从支点一直延伸至跨中，直至另一个支点。但也有部分空心板梁裂缝并不连续，仅在局部开裂，而且跨中纵向开裂多，支点附近开裂少。从历年的检查结果来看，空心板梁纵向裂缝宽度一般在0.1～0.3mm左右，部分较严重的裂缝宽度超过1.0mm，大多数的裂缝宽度已经超过《公路桥涵养护规范》(JTGH11—2004)对预应力构件纵向裂缝宽度的限值(0.2mm)。

文献［2］指出，底板存在纵向裂缝的梁，其承载能力仍能满足要求，但个别裂缝较严重的梁的挠度、应力值的校验系数呈离散情况，这说明纵向裂缝对空心板梁的纵桥向承载能力影响不大，但较严重的裂缝对梁体的整体性和刚度产生影响。文献［1］表明，由于纵向裂缝的存在，空心板梁由原来的闭口截面变成了开口截面，梁体抗扭刚度显著降低，各空心板梁横向连接刚度明显减弱，荷载横向分布系数增大，这样势必导致主梁纵向受力增大，使空心板梁存在产生横向裂缝的隐患。本文选取了某高速公路存在底板纵向裂缝的空心板梁进行了实桥试验，并将试验结果与理论计算结果(按未开裂截面计算)进行了对比，结论与文献［2］结果基本一致，纵向裂缝对空心板梁的承载能力影响较小，实测梁体横向分布影响线较为平滑，影响线形态与未开裂截面的计算结果形态较为接近，表明梁体底板纵向裂缝对梁体横向分布影响较小，对结构整体工作状况影响不大。3成因分析

空心板梁底板纵向裂缝的产生原因主要包括设计、施工及运营三个方面:1)设计方面。早期空心板梁设计由于经济因素制约，其底板厚度较薄(一般为10～12cm左右，部分梁体优化设计后底板厚度更薄)，薄壁结构在纵向受力时其截面将发生畸变变形，同时在底板上下缘产生畸变弯曲应力，当畸变拉应力超过混凝土的抗拉强度，势必导致底板产生纵向开裂。若底板横向构造配筋较少，则钢筋无法限制纵向裂缝的扩展(底板横桥向为普通钢筋混凝土结构)，这也是底板纵向裂缝宽度一般较大的原因之一。

2)施工方面。施工工艺引起空心板梁底板产生4纵向裂缝的因素较多，其中预应力因素较为关键。正常状态下施加预应力，预应力将对截面产生轴向压力和弯矩，由于混凝土材料的泊

松效应，在轴向压力作用下底板将产生横向拉应力，此应力与截面的畸变应力组合后往往大于混凝土的抗拉强度，这就是产生纵向裂缝较为普遍的原因之一。若后张法预应力管道定位不牢固，预应力钢束在浇筑混凝土后出现起伏状，则张拉钢束时预应力的径向力将导致底板出现局部开裂。

曾对部分出现纵向裂缝的空心板梁进行了验证，发现底板出现裂缝与定位钢筋间距太大或定位不牢固有直接关系。

此外，空心板梁混凝土质量较差、振捣不密实、内模下沉导致底板厚度偏薄等因素均可引起底板产生纵向裂缝，但上述因素可以通过加强施工管理来解决，不具有普遍性。

3)运营方面。大量的日常检查结果表明，采用四个板式橡胶支座的空心板梁极易出现支座局部脱空、整体脱空甚至支座缺失的情况。若空心板梁支座出现病害，则梁体受力偏移设计意图，空心板梁约束扭转内力加大，在约束扭转的作用下截面同样产生畸变弯曲应力，也是引起空心板梁底板纵向裂缝的原因之一。

文献［4］认为空心板梁底板纵向裂缝应由空心板内外温差所引起，并指出底板对内外温差较为敏感，而顶板不敏感，并建议在空心板梁底板开通风口。笔者认为空心板梁内外温差对底板受力影响较小，一方面是空心板梁壁厚较小，热传导很快就能完成;另一方面中板受外界环境温度影响较小，但中板出现底板纵向裂缝亦是普遍现象。

综合以上分析，空心板梁底板纵向裂缝应是上述三个方面因素单独或综合的体现，亦不排除是混凝土收缩产生早期裂缝，在荷载作用下扩展形成最终的底板纵向裂缝。4加固对策

从上述分析可知，底板纵向裂缝对空心板梁承载能力影响较小，但空心板出现裂缝后，其抗扭刚度降低较多，不利于梁体的受力。此外，裂缝对空心板梁的整体性及耐久性亦有显著的影响。鉴于此，针对空心板梁底板纵向裂缝，目前的加固措施主要有以下四种:1)裂缝处理。按照《公路桥涵养护规范》(JTGH12—2004)的要求，当裂缝宽度在限值范围内时，进行封闭处理，一般涂刷环氧树脂胶;当裂缝宽度大于限值规定时，采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶或其它灌缝材料。裂缝宽度限值一般可取0.15mm。

2)粘贴纤维材料。为了防止水气进入空心板梁腐蚀钢筋，同时为了增强空心板梁的整体性，可采用沿裂缝粘贴双向纤维材料的办法对裂缝进行全覆盖，纤维材料的宽度一般30～50cm，可采用的纤维材料包括碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维，但由于加固部位暴露在大气中，纤维材料及粘结剂的老化和耐久性问题较为突出。

3)粘贴钢板。先根据裂缝宽度分别采取封闭或灌注的方法对裂缝进行处理，然后为了限制裂缝的进一步扩展，采用横向粘贴钢板条的方法进行加固，钢板条一般宽度为10～15cm，厚度为6～8mm，钢板条的纵向间距目前尚无统一规定，部分桥梁纵向间距为30～50cm，部分桥梁纵向间距为1.0～2.0m。笔者建议跨中可适当减小间距，支点附近可适当增大间距。4)内灌高标号砂浆。此方案一般在处理底板厚度偏薄及底板出现纵向裂缝时采用，施工时在底板内钻进浆孔和出浆孔，然后往空心板空腔内灌流动性较好高标号砂浆，当砂浆达到一定厚度后即可从出浆孔流出，既可以增加底板厚度，又可以限值裂缝的进一步扩展。此方案须严格控制灌入的砂浆数量，防止梁体恒载增加过大。

5结语

通过上述分析可知，空心板梁底板纵向裂缝应为设计、施工及运营三个方面因素单独或综合的体现，目前难以准确界定哪个因素对裂缝的产生起决定性作用。正是由于空心板梁底板纵向裂缝难以有效预防和控制，目前这一梁型正逐步被小箱梁所替代。

参考文献

［1］邱利锐.混凝土空心板梁底板纵向裂缝对结构受力的影响分析［J］.铁道建筑，2009(3):53-55.［2］赵卫国，薛文.先张法预应力混凝土空心板梁纵向裂缝分析［J］.公路，2006(10):52-53.［3］吕长荣，周世军.装配式简支空心板梁纵向裂缝分析［J］.交通标准化，2007(4):167-171.［4］郭铭德，吕锦刚.空心板梁底板纵向裂缝问题的分析［J］.广东科技，2006(5):112-113.

空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策篇2

预应力混凝土空心板桥是公路桥梁中被广泛应用的一种结构形式, 但近年来桥梁检查中发现, 大量混凝土空心板梁存在纵向开裂的现象, 裂缝多出现在空心板底板薄弱处或底板中部处发展, 有的不仅在底板出现, 还在腹板、顶板出现。众所周知, 空心板在施工和使用过程中, 由于预应力及外荷载的作用, 空心板会产生纵桥向的弯矩等内力, 如果产生的应力超过混凝土的抗拉强度, 就会发生板顶或者板底的横向裂缝。而空心板梁纵向裂缝的普遍产生, 有些令工程师们费解, 因此有必要对预应力空心板纵向裂缝成因进行分析, 并提出有效的加固对策。

2 工程概况

笔者参与检测的广东某高速公路上空心板桥, 为先张法预应力混凝土空心板桥, 简支变连续体系, 有20m和15m两种跨径。底板设置横向间隔6cm的纵向预应力钢绞线, 单根预应力采用φj15.24mm, 张拉控制力1395MPa。横向仅配置普通钢筋, 间隔10cm、20cm布置。空心板及铰缝采用50#混凝土。桥梁设计荷载:汽车—超20, 挂车—120。

在2009年常规检测中发现, 该线上空心板桥无论边板、中板, 在底板中部普遍出现通长纵向裂缝, 宽度大于0.15mm约占80%, 有部分裂缝宽度在0.2～0.5mm。多数裂缝贯穿了空心板桥整跨, 也有部分空心板裂缝并不连续, 发生多道纵向裂缝, 相互交织。部分裂缝深度已经贯通底板内外, 并发生漏水等情况, 板内积水加速了裂缝的发展。

3 空间模型

应用通用空间软件ANSYS建立空心板空间模型, 由于空心板桥由多个单板组成, 每个单板之间靠铰缝联系, 铰缝间只传递剪力不传递弯矩, 所以此处分析建立了中板和边板两种单板模型 (图1) , 中板约束为两侧腹板受横向约束, 边板只约束内侧腹板的横向位移。以15m跨简支梁为例建模, 混凝土采用solid65单元模拟, 预应力筋采用link8单元模拟。

据相关文献资料, 空心板底板纵向裂缝的产生与温差应力有很大关系, 所以本次分析荷载工况主要分析恒载、日照温差、混凝土收缩等组合工况。

4 计算结果及分析

注:以下应力单位均为Pa。

4.1 中板模型

(1) 工况1:自重+纵向预应力+收缩

从图2可看出, 中板内孔上、下缘出现了较大的拉应力, 下缘达到了3.4MPa, 超出50#混凝土容许拉应力。顶板、腹板、底板均出现了不同程度的拉应力。从底板横向应力情况看, 中线处受压0.4MPa, 越往外缘, 拉应力越大, 到底板边缘处, 达到1.6MPa拉应力, 这是由于模型中约束两端腹板所致。

(2) 工况2:自重+纵向预应力+降温温变

根据我国《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 中规定的温差分布和相关参考文献[3,4], 寒流降温引起的壁板温差可达10℃以上, 由此产生的拉应力比日照降温时产生的拉应力要大些, 故此只对寒流降温引起的温差应力进行分析。根据规范要求和此简支空心板所处的地理位置及气候情况, 来确定寒流降温时的温度场, 因温差是相对值, 因此只要假定各个表面的温度, 即可确定温度场。边板外侧腹板外表面, 由于受寒风影响, 温度较低, 其值取为-13℃;底板外表面, 由于受寒风影响小, 温度取为-10℃;顶板外表面受白天升温影响, 降温较小, 温度取为- 8℃;而内侧腹板, 基本和其他梁连成一体, 受温差影响较小, 故取为-3℃。对于空心板内圆表面取为0℃。

从图3应力云图可看出, 底板中线处横向拉应力达到2.5MPa, 稍远底板位置1.6MPa拉应力。同样, 顶板也出现了较大的横向拉应力, 有可能产生纵向裂缝, 只是由于顶板检查条件有限, 所以顶板也是需要关注的部位。

4.2 边板模型

(1) 工况1:自重+纵向预应力+收缩

从图4可看出, 由于边板一侧约束, 收缩对底板横向应力影响不大, 仍有0.3MPa压应力。

(2) 工况2:自重+纵向预应力+降温温变

从图5可看出, 由于降温温变的影响, 边板底板出现了1.46MPa拉应力。

(3) 工况3:自重+纵向预应力+降温温变+收缩

从图6可看出, 由于降温温变和混凝土收缩的共同影响, 边板底板中线处出现了将近2.5MPa的拉应力。这能较好的解释为何底板中线处出现纵向裂缝。

5 成因分析结论

综合计算分析结论, 并查阅相关文献资料[1,2,5], 分析有以下几方面因素导致空心板底板纵向开裂现象:

(1) 施工控制因素

由于并不是所有空心板都出现底板纵向裂缝, 这说明施工质量离散性较大, 与施工控制不严有关, 包括混凝土质量控制和预应力张拉控制两方面。

①混凝土质量控制

混凝土局部振捣、养护控制不严等因素。

②先张法预应力束张拉控制

对于先张法预应力空心板桥, 预应力束放张时, 钢束的回缩会给混凝土施加强大的预压力, 在横向可产生劈裂横向拉应力。如果预应力放张过早, 混凝土强度尚低, 会产生纵向开裂。如果预应力放张过快, 梁体内部应变无法很快地达到平衡, 发生应变滞后, 也会导致横向拉应力超限而开裂。另一方面, 如果施工未按照规范要求对称均衡地放张, 也会在截面横向产生弯矩, 应力叠加超过限值后发生开裂。

(2) 设计因素

横向防裂钢筋设置不够或底板厚度或保护层厚度不足造成的开裂。

(3) 温度骤降造成的横向温差影响。

(4) 混凝土收缩因素。

(5) 超载影响。

多数空心板桥资料表明, 空心板纵向裂缝是由空心板横向温差及收缩共同引起, 此处空间计算结果也证明了这一点。温度和收缩裂缝都属于变形荷载裂缝, 空心板在内外温差作用下因顶底板外表面降温收缩时受到内表面及腹板的约束, 引起较大横向拉应力所致。同时由于底板中预应力管道的存在, 混凝土浇注中不易振捣, 密实性和强度也相对较低, 有过相关文献, 预应力管道埋设在腹板, 腹板部位出现了纵向裂缝, 所以开裂与混凝土的质量控制也有很大关系。空心板梁产生纵向裂缝主要是由于寒流降温与混凝土收缩共同因素引起, 同时与混凝土的密实度不均匀、强度不同有很大关系。基于本计算结果, 若按各因素对空心板裂缝的影响程度排序, 可以这样列出:

混凝土施工质量控制;横向预应力或横向抗裂钢筋不足;温度骤降影响;混凝土整体收缩影响;超载 (重车影响) 。

6 加固对策

基于上述分析, 空心板底纵向裂缝主要是由温度应力、混凝土收缩变形荷载引起的, 通过对该线空心板桥检测证实, 底板开裂后的桥梁承载能力仍能够满足设计要求, 但个别裂缝较严重的空心板梁挠度、应力值的校验系数呈离散情况。这说明纵向裂缝对结构的承载能力影响不大, 但较严重的裂缝会对梁体的整体性和刚度产生影响。裂缝的存在和渗水也会使混凝土受到损害, 并且使钢筋暴露在环境中, 增加钢筋受腐蚀的机率, 从而会降低构件的使用寿命。

根据笔者加固设计经验, 对于存在纵向裂缝的空心板桥, 推荐有两种加固措施:

(1) 仅对裂缝进行封闭处理

对承载力仍满足的空心板桥, 主要目的是封闭裂缝, 减少构件受侵蚀的机会, 消除裂缝对空心板耐久性的影响, 加固措施仅对裂缝进行封闭处理。按照加固设计规范, 对宽度大于0.15mm的裂缝进行灌浆封闭, 宽度小于0.15mm的裂缝进行表面封闭。考虑到多数空心板有积水、渗水现象, 在每个板在沿纵坡最低点附近设置前后两个直径为2cm的泄水孔 (注意避开底板预应力管道) 。

(2) 预应力卸载法碳纤维加固处理

预应力卸载法的基本思路[6]:利用千斤顶等上顶装置在梁底施加与恒载反方向的荷载, 消除梁体已有变形, 并且使其产生一定的反向变形, 在该变形状态下板底 (四分之一跨、跨中、四分之三跨) 粘贴三道20cm宽双层碳纤维布, 效果相当于三道横隔板以增加梁的整体性。当碳纤维与梁体结构粘贴可靠后, 撤收施加预应力的设备。

摘要：针对目前预应力空心板桥普遍发生的底板纵向开裂现象, 以广东某高速公路空心板桥为例, 应用空间通用软件ANSYS进行了成因分析, 得出了温差应力、混凝土收缩为主要导致因素, 同时施工控制因素、设计考虑不足为先天因素, 最后给出了两种加固对策, 为同类工程问题提供参考。

关键词：空心板,纵向裂缝,质量控制,温度应力,ANSYS,加固

参考文献

[1]刘效尧, 蔡键, 等.桥梁损失诊断[M], 人民交通出版社, 2002.

[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M], 人民交通出版社, 2001.

[3]刘兴法.预应力箱梁温度应力计算方法[J].土木工程学报, 1986.

[4]吕长荣, 周世军.装配式简支空心板梁纵向裂缝分析[J].交通标准化, 2007, (4) .

[5]混凝土空心板桥的分析研究[J].太原理工大学学报, 2008, (1) .

分析外墙抹灰裂缝的成因及对策篇3

【关键词】外墙抹灰；裂缝

1.外墙抹灰出现裂缝的原因分析

外墙抹灰裂缝根据产生的原因一般可分为两种, 一种是由于墙体开裂而导致抹灰层裂缝, 另一种是由于抹灰层自身原因产生的裂缝。

1.1墙体开裂的主要原因有: 基础不均匀沉降导致墙体开裂; 多发生在房屋顶部外墙( 女儿墙) 转角处、窗台腰线等处的温度裂缝; 加气混凝土砌块等新型墙体材料施工不当造成的裂缝。

1.2抹灰层自身裂缝产生的原因有:龟裂和壳裂。以下主要从施工方面分析外墙抹灰层自身原因产生的裂缝：

1.2.1使用水泥不当

施工现场使用的水泥往往分次运进, 先后运进的水泥如果品种、强度等级不同, 其泌水性和干缩性也不同,拌制砂浆使用后影响抹灰的质量。

1.2.2砂料质量差

砂料的含泥量高, 降低了砂浆的强度, 影响了砂浆的粘结力; 使用细砂, 增加了水泥的用量, 砂浆的收缩量相应增加, 因而均容易产生收缩裂缝。

1.2.3基体表面清理不干净

如基体表面尘埃及疏松物, 脱模剂和油渍等影响抹灰粘结牢固的物质未彻底清除干净; 基体表面光滑, 抹灰前未做毛化处理。

1.2.4基体洒水湿润不够

基体浇水湿润是抹灰的重要操作工艺, 但有些施工人员不按要求操作, 抹灰前草率洒点水了事, 基体表面洒水不透, 抹灰后砂浆中的水分很快被基体吸收, 造成砂浆失水过快, 使砂浆中的水泥未充分水化生成水泥石, 影响砂浆粘结力。

1.2.5冲筋不当造成裂缝

在墙体抹灰前进行冲筋以控制墙体抹灰的平整度。有的操作人员在冲筋后与周围抹灰工序间隔时间较长, 接面形成施工缝; 也有些操作人员在冲筋时使用的砂浆强度高, 而周围抹灰的砂浆强度低, 两种材料的收缩差异较大, 均容易产生裂缝。

1.2.6一遍成活

一次抹灰过厚, 砂浆表面水分蒸发太快, 产生的收缩应力速度大于砂浆强度增长速度, 影响抹灰层与基体的粘结牢固, 容易出现收缩裂缝。而根据主体结构的平整情况分多次抹灰, 每次抹灰较薄, 可防止砂浆出现收缩裂缝。

1.2.7操作不当造成裂缝

有的抹灰工操作技能差、抹压力度不均匀、打壓时机掌握不好或过分打压也易造成抹灰层裂缝。

2.消除外墙抹灰裂缝的施工工艺

2.1外墙抹灰基层处理

将脚手眼等孔洞填堵密实, 砌块与砂浆接触面、基层坑洼不平处清刷干净。用水润湿后, 再用水泥∶石灰膏∶砂= 1∶1∶1的混合砂浆修补好。注意基层墙面要在施工前用水均匀浇透(一般应提前1 天完成) , 然后对每道墙都要进行垂直度和平度检查, 对于超出允许偏差值的部位进行处理。外墙填充墙和梁底用楔子塞紧, 间距500 mm, 中间部位用1∶2. 5 水泥砂浆填堵密实。另外, 梁底150 mm 和竖向明柱150 mm 范围最容易出现裂缝, 要对梁底上下各150mm 范围内和竖向明柱与墙体两侧各150 mm 加Ф4@50 双向钢筋挂网, 作为特殊处理。

2.2外墙抹灰刷胶灰

在外墙浇水湿透的基础上刷胶灰, 胶灰的配比为防水胶∶水泥∶水= 1∶(4.5～6)∶(2.5～3) , 用425号普通硅酸盐水泥为好, 主要利用其早期强度高的特性。和胶灰要在铁盘上拌和, 再加水拌和均匀, 成为稠糊状, 过稀过稠都不行。刷胶灰要仔细, 要均匀, 厚度控制在1～2 mm, 刷胶灰时以滚刷为宜。在钢板网或钢筋网、细丝网处, 要用力使胶灰挂在网片后面, 且均匀密实, 能成拉毛, 效果更好。24 小时后再进行下道施工, 不可赶进度。

基层、底层和面层之间刷胶灰, 抹灰层厚度小于8 mm 的一遍完成, 大于8 mm 而又小于15 mm 的两遍完成, 大于15 mm 的三遍完成, 防止超厚度抹灰产生裂缝。另外, 打底要贴灰饼, 冲筋上杠, 用木抹子压实抹平, 尤其在门口, 窗口及阴阳角处更要认真操作。对于门窗框边缝, 必须作为一道工序进行施工, 绝对不可简化操作, 否则就会出现空裂。罩面必须赶压平整、密实, 接槎处不应有明显痕迹。

2.3室外罩面

室外抹压罩面宜做成毛面时, 要作到轻重一致, 首先以圆圈状槎抹, 再上下抽拉, 方向要一致, 压好后毛刷带一下, 形成轻重纹路, 为下道工序做准备。特别注意窗台、窗框下缝必须用水泥砂浆填实, 防止雨水渗漏。夏季施工应尽量避免在阳光曝晒下抹灰, 罩面抹灰后, 第二天天始浇水养护至15 天以上。

2.4在檐口、窗台、窗媚、雨蓬、阳台、压顶和突出墙面的凸线等上面应做流水坡度, 坡度朝向应不影响雨水污染墙面,下面应做滴水线( 槽) 或鹰嘴

2.5终凝后应在湿润条件下养护

不管是分格条、滴水槽、阴条等要做水泥浆不压条, 线条清晰, 待抹灰面层达到一定强度, 且阴条自然干缩后再起条, 这样虽然多使用了一些木条, 但观感顺直,楞角清楚。

2.6冬季施工缺少有效防护措施

抹灰层硬化前受冻, 致使水泥无法进行水化反应, 不能正常凝结硬化、增长强度;若凝结硬化过程中. 由干昼夜温差较大,冻融循环, 也会破坏砂浆一与墙体的粘结,造成空鼓、裂纹。

2.7涂料施工

罩面层稳定后进行涂料施工, 应为一底两面。施工时必须按工序进行, 涂料要均匀, 基层与涂层间要清理干净。第二遍涂料施工必须在第一遍涂料干燥后方能进行。

2.8质量标准

一是抹灰层与基层之间、各抹灰层之间必须粘牢固, 无脱层、空鼓、面层无爆灰和裂缝。二是表面光滑, 接槎平整, 线角顺直清晰。孔洞、槽、盒等管道后抹灰表面尺寸准确平顺, 边缘齐整。分格深度、宽度均匀一致,棱角整齐。

3.结语

空心板梁底板纵向裂缝成因分析及加固对策篇4

某高速公路某桥主桥上部结构采用30m+52m×7+30m的预应力混凝土连续箱梁,其中跨河及跨越大堤孔径均为52m。

箱梁横截面为单箱单室,全宽12.75m。根部梁高为2.8m,中部梁高为1.5m,梁高按抛物线变化。箱梁顶板宽为12.75m,底板宽为5.50m,顶板厚25cm,腹板厚40cm,底板厚25cm~50cm。主桥处在R=17300m竖曲线中,桥面纵坡为1.9%。桥面横坡由腹板高度调整。跨中即及墩顶处横截面尺寸见图1。

主桥下部结构采用轻型钢筋混凝土圆柱式桥墩,因流水方向与路线中心线有交角,防止桥墩柱过多而阻水,故主桥下部结构采用独柱墩身。柱径为2.2m。实体承台,钻孔灌注桩基础,桩径为1.5m。

箱梁采用三向预应力体系,纵向预应力钢束采用ASTMA416-92a标准,公称直径15.24mm,竖向预应力采用Ⅱ级高强精轧螺纹钢筋,标准抗拉强度为750MPa;顶板合拢束为3根一束,其它顶板束为12根一束,各1对;中跨跨中底板合拢束布置如图2所示,有12根一束和15根一束两种,各2对;横向预应力束为3根一束,沿桥纵向间隔75cm布置,预应力张拉控制力均为1395MPa。箱梁采用C50混凝土。主桥预应力混凝土连续箱梁采用在挂蓝上悬臂浇注混凝土节段的施工方法,先边跨合拢、后中跨合拢的施工顺序。主桥下部结构采用轻型钢筋混凝土圆柱式桥墩,因水流方向与路线中心线有交角,防止桥墩柱过多而阻水,故主桥下部结构采用独柱墩身,柱径为2.2m。实体承台。钻孔灌注桩基础,桩径为1.5m。桥梁1999年11月20日~2001年6月30日施工建设,于2003年10月10日通车运营。2007年,即大桥已营运4a的情况下,有关部门对该桥进行了定期检查,发现合拢块底板有大量的纵向裂缝,中间4跨的底板纵向裂缝布置不尽相同,但是集中在合拢块和相邻的三个悬浇块上,裂缝宽度0.2mm左右。

2 空间分析计算模型及主要参数

根据该桥的结构特点,在纵向、横向均对称,合拢预应力束在纵横向亦对称布置,由对称性原理知,空间计算模型只取箱梁一半,纵向取5#、6#、7#和合拢块(见图3)。箱梁混混凝土采用SOLID187单元,预应力筋采用LINK8单元。预应力钢束采用降温法模拟,坐标轴方向以顺桥向为z轴,横桥向为x轴,竖向为y轴,系统坐标原点在合拢块的顶板上缘的中点。划分网格单元时,采用自动划分形式,边界条件按平面杆系全桥模型成桥状态下计算出来的位移施加,有限元模型见图4。

3 计算结果及分析

研究桥梁施工刚结束后,即箱梁底板下缘混凝土在自重及二期横载作用下,箱梁底板预应力束所处位置对应的底板下表面混凝土横向正应力分布情况。底板预应力束的布置情况(一半箱梁),如图5所示。

将箱梁自重及二期恒载作用换算为集中力后,均匀施加在顶板上表面的所有节点上。在箱梁自重及二期恒载作用下,箱梁混凝土的横向正应力沿图5所示应力路径的分布见图6~图18。

由图6~图18可以得出:

1)靠近箱梁中轴线的钢束B7~B1附近,底板上下缘混凝土横向正应力水平较高,最大拉应力发生在钢束B7附近底板下缘,约3.4MPa,最大压应力发生在钢束B4附近底板上缘,约5MPa;靠近箱梁腹板的钢束B2~B7附近,底板上、下缘混凝土横向正应力水平较低,最大拉应力发生在钢束B4附近底板上缘,约3.9MPa,最大压应力发生在钢束B5附近底板下缘,约3MPa。

2)靠近箱梁中轴线的钢束B7~B1附近,底板上缘混凝土横向正应力多为压应力,底板下缘多为拉应力;靠近箱梁腹板的钢束B2~B7附近,底板上缘混凝土横向正应力多为拉应力,底板下缘多为压应力。

3)箱梁底板混凝土横向正应力在合拢段的拉应力较大,超出了混凝土抗拉强度设计值(1.83MPa),直接导致底板下缘纵向裂缝的产生。

4)箱梁底板上下缘混凝土横向正应力并没有同时超过混凝土抗拉强度设计值,裂缝不会贯穿箱梁底板。

由以上分析可知,该类裂缝属于受力裂缝,产生该裂缝的原因主要是预应力钢绞线的预应力作用过大以及各种因素效应产生的横向拉应力过大引起的。

同时,当底板横向配筋不足,或尺寸不够时,就没有足够的抗弯能力,底板必然产生很大的横向拉应力,当横向拉应力超过混凝土抗拉强度时,底板必然产生纵向裂缝甚至破坏。

4 结语

1)在中跨底板合拢束的不利空间效应下,跨中附近箱梁底板出现了较大的横向拉应力。大跨径连续箱梁底板束的空间不利影响问题,在全桥的整体平面计算中容易被忽略,设计中应逐段验算。

2)底板合拢束布置,应严格按照布置原则,尽可能靠近腹板布置,并根据实际受力情况,必须设置抗径向力的吊筋构造,否则,底板混凝土极易拉脱;同时,由于底板内上下层均有纵、横向构造钢筋,为保证钢筋能构成骨架,故应布置“平衡钢筋”将上下层横向钢筋联成整体,以防止底板的纵向裂缝或劈裂破坏。

3)为防止薄壁箱梁底板在张拉合拢束时出现纵向开裂,底板厚度以及波纹管下方混凝土最小保护层厚度必须得到保证。施工时,应重视钢束的定位,防止钢束成折线形布置。

4)对预应力混凝土连续箱梁桥设计,箱梁底板的尺寸拟定及构造钢筋应重视,尤其是底板的厚度,应采用平面程序进行整体计算,然后采用空间分析程序进行局部验算。

摘要：针对某桥合拢段底板纵向裂缝,采用空间有限元分析程序分析张拉中跨合拢束后的空间效应。计算结果表明,底板纵向裂缝产生的主要原因是底板纵向预应力过大,由于泊松比效应,导致混凝土横向拉应力超过混凝土抗拉强度设计值。同时分析了产生该现象的一些主要因素。

关键词：箱梁,底板,纵向裂缝,有限元