腹板斜裂缝

腹板斜裂缝（精选6篇）

腹板斜裂缝 篇1

1 概述

某大桥为跨越一开阔的V型沟谷而设置。全桥按分幅桥设计, 平面位于圆曲线、缓和曲线、直线上, 主桥为85+2×150+85m预应力砼变截面连续刚构。箱梁根部高度9m, 跨中高度2.8m, 箱梁根部底板厚100cm, 跨中底板厚32em, 箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化。箱梁腹板根部厚70cm, 跨中厚40cm, 箱梁顶板厚度28cm。0#梁段总长18m, 在与墩身对应的13m范围内梁高为9.0m, 两边各2.5m范围内位于抛物线上。

该桥在悬臂施工过程中, 发现已施工的箱梁 (最多3个节段) 腹板处顺着波纹管方向产生斜裂缝, 且很有规律性, 对此现象进行了如下分析, 以研究产生裂缝的成因。

⑴施工阶段总体分析;

⑵局部分析。

2 结构分析依据

⑴《公路工程技术标准》JTJ01—97

⑵《公路桥涵设计通用规范》JTJ21—89

⑶《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》JTJ23—85

⑷《公路桥涵施工技术设计规范》JTJ041—2000

⑸《某特大桥两阶段施工图设计文件》

3 施工阶段总体分析

结构分析采用平面杆系有限元桥梁V3.0, 根据具体的施工情况仅建立已施工节段模型。虽然该桥为曲线桥, 由于目前仅施工三个节段, 结构的曲线空问效应有限, 计算中采用直线模型, 计算模型如图1所示。

计算参数根据规范取值, C50混凝土:弹性模量按90%折减E=0.9×3.5×104MPa=3.15MPa, 重力密度γ=26KN/m3;预应力钢材:弹性模量E=1.95×105MPa, Rbγ=1860MPa, 重力密度γ=7850KN/m3。

施工中挂篮重量 (含施工活载) 为1000KN, 计算中考虑体系温升温降10℃、顶板升温5℃。

计算中施工工况如下:完成桥墩施工→浇0#节段→张拉19钢束→安装挂篮→对称浇筑1#节段→对称张拉T1 (腹板束) 、T10钢束→移动挂篮→对称浇筑2#节段→对称张拉T2 (腹板束) 、T11钢束→移动挂篮→对称浇筑3#节段→对称张拉T3 (腹板束) 、T12钢束, 共计12阶段。

计算结果表明施工阶段 (仅完成三个节段施工) 结构的承载能力, 施工阶段应力均能满足规范要求, 以下仅列出施工阶段各单元腹板位置处的最大主拉应力值。

验算结果表明:施工阶段总体分析各项指标能满足规范要求, 腹板处主拉应力均较小, 有必要针对局部进行分析。

4 局部空间有限元分析

4.1 理论分析

对于后张法构件, 构件端面上的预加力, 从集中力分散到分布应力, 将可能产生导致构件开裂的横向拉应力。

同时锚固处局部承压, 在锚垫板下会产生横向劈裂力, 因此锚具下应布设足够数量的横向钢筋网片, 钢筋网片的设置应考虑二者的叠合。

4.2 实体有限元模型概述

针对本桥施工过程中出现的问题, 建立有限元实体模型进行局部分析, 计算参数同总体分析, 施工中挂篮重量 (含施工活载) 为1000KN, 结合施工的具体情况, 计算中考虑体系温升温降10℃、箱外侧升温5℃。分析采用程序为Ansys, 混凝土单元采用solid45模拟, 钢束采用link8模拟, 计算中不考虑管道影响。钢束张拉采用初应变方式模拟, 预应力损失采用折减方式予以考虑。因关注的部位集中在梁段腹板, 根据对称性, 仅建立0-3#梁段半结构模型。网格划分采用对应网格与自由网格的组合网格划分, 全部模型共计节点68189个, 实体单元66479个, 杆单元1289个, 计算模型如图2、图3。

根据设计文件所提供的施工流程, 计算分别采用以下5种工况:

⑴第1工况:浇0#节段——张拉T9钢束——浇筑1#节段——张拉Tl (腹板束) 、T10钢束, 箱梁1#节段施工完成;

⑵第2工况:浇筑2#节段——张拉T2 (腹板束) 、T11钢束, 0#节段的横竖向预应力完成后, 箱梁2#节段施工完成;

⑶第3工况:浇筑3#节段——张拉113 (3#节段腹板束) 钢束 (此时假定3#节段重量由挂篮承担) ;

⑷第4工况:张拉T12 (3#节段顶板束) 钢束;

⑸第5工况:1#、2#、3#节段横竖向预应力。

各工况荷载组合均为标准值组合, 系数为1。

4.3 计算结果

4.3.1 第1、2工况

由于本桥各节段所发生的情况相似, 对第1、2工况的1#、2#力云图 (Ansys为第一主拉应力) ;对第3、4、5工况的1~3#节段将作较详细分析。图中接应力为正, 单位为 (Pa) 。图中仅示部分单元结果, 主要反映最大主拉应力分布的区域与变化趋势。

小结:从计算结果显示, 沿钢束走向, 腹板的最大主拉应力较大, 锚下一段距离为最大主拉应力较大区域。

4.3.2 第3工况

1~3#节段右侧腹板内侧表面最大主拉应力计算值为1.1MPa (主拉应力云图省略) 。1~3#节段右侧腹板外侧表面最大主拉应力计算值约为1.1MPa (主拉应力云图省略) 。1~3#节段右侧腹板底缘表面最大主拉应力计算值约为1.1MPa (主拉应力云图省略) 。1~3#节段右侧腹板局部最大主拉应力计算值约为2.15MPa (主拉应力云图省略) 。

小结:从计算结果显示, 沿钢束走向, 腹板的最大主拉应力较大, 且最大主拉应力内侧值略大于外侧值、锚下一段距离约0.5m (除去计算中锚端应力集中的影响) 最大主拉应力较大, 单元41227—41229, 最大主拉应力约为0.76~2.15MPa, 其方向基本与预应力钢束走向垂直。最大主拉应力随与锚固点距离增大而快速减小, 到距离锚点2m处, 其最大值不大于0.5MPa。C50混凝土的的抗拉标准强度为2.65MPa, 张拉时混凝土强度为设计强度的90%, 张拉时抗拉标准强度也按90%折减, 为2.385MPa, 最大主拉应力已接近混凝土开裂的限值。同时计算中未考虑预应力管道对截面削弱的影响, 如考虑到管道周围会产生应力集中现象, 极有可能在预应力管道附近产生与最大主拉应力方向垂直的裂缝, 并顺着预应力管道发展。

4.3.3 第4工况

1~3#节段腹板内侧表面最大主拉应力的计算值约为1.2MPa (主拉应力云图省略) 。1~3#节段腹板外侧主拉应力的计算结果为:腹板外侧主拉应力稍小, 表面最大主拉应力值约为1.2MPa (主拉应力云图省略) 。

小结:从计算结果显示, 沿钢束走向, 腹板的最大主拉应力较大, 且最大主拉应力内侧值略大于外侧值, 最大主拉应力方向与钢束走向垂直。

4.3.4 第5工况

1~3#节段腹板内侧主拉应力的计算结果为:主拉应力值减小, 表面较大主拉应力值约为0.3MPa (主拉应力云图省略) 。1~3#节段腹板外侧表面最大主拉应力的计算值约为0.3MPa (主拉应力云图省略) 。

小结:从计算结果显示, 竖向预应力钢筋张拉后, 腹板处最大主拉应力减小;同时由于竖向预应力钢筋的张拉, 在梁底竖向预应力锚固点附近出现较大主拉应力。

5 结论

通过以上计算分析, 计算结果中最大主拉应力位置与施工中产生裂缝的位置基本吻合, 可得出以下结论:

⑴垂直于钢束走向的最大主拉应力是本桥产生腹板斜裂缝的重要因素, 局部最大拉应力值可达2.15MPa, 已接近张拉时混凝土开裂的抗拉标准强度2.385Mpa。

⑵最大主拉应力的影响范围较小, 大约为距锚固点2m范围内。

⑶竖向预应力张拉后, 将降低最大主拉应力。

摘要：本文叙述某T型刚构特大桥在施工过程中刚构腹板产生斜裂缝, 通过分析和计算, 找出斜裂缝产生的原因, 并提出相关建议。

关键词：刚构裂缝腹板,计算分析应力,钢束节段,有限元模型

腹板斜裂缝 篇2

通过对大跨连续箱梁桥腹板裂缝病害的调研,分析了裂缝产生的原因,对腹板的抗裂对策进行了研究,以积累大跨连续箱梁桥腹板的.设计施工经验,从而保证大跨连续箱梁桥的工程质量.

作 者：高国 孙伟 王维国 GAO Guo SUN Wei WANG Wei-guo 作者单位：高国,GAO Guo(荣成市公路管理局,山东,威海,264200)

孙伟,王维国,SUN Wei,WANG Wei-guo(威海市公路管理局,山东,威海,264200)

腹板斜裂缝 篇3

为了满足CCAR25.561条款, 特别是向前9g过载情况, 各民机采用的结构形式也不尽相同。为了传递客舱地板的航向载荷, 如图1, 空客320采用斜拉杆的形式, 斜拉杆连接机身侧壁与客舱地板滑轨;如图2, 波音737飞机采用带减轻孔的腹板形式, 腹板连接机身侧壁与客舱地板滑轨。经过设计比较, 对于载荷较小的部位, 斜拉杆是结构效率较高的形式;在有系统管路通过的部位, 推荐使用带减轻孔腹板形式。

1 两种结构形式的许用剪流

本文是对两种形式进行对比计算, 仅计算结构本身的许用剪流, 对于结构间的连接设计, 本文认为可以采用足够强的紧固件满足连接要求, 本文并没有进行详细计算。

1) 斜拉杆的许用载荷

斜拉杆的许用载荷计算见公式 (1) :

式中:

σtu——材料拉伸极限应力, MPa;

A——斜拉杆面积, mm2。

许用剪流计算公式如下

式中:

θ——斜拉杆与航向的角度, 弧度;

L——斜拉杆的航向长度, mm。

注意:斜拉杆主要承受拉伸载荷, 如果设计成压杆, 要计算压杆的稳定性。

2) 带45°翻边孔的腹板的许用剪流NACA[1]提出了一个经验公式, 用于带有45°翻边减轻孔腹板的许用剪流, 形式如图3、图4所示。

限制条件如下:

使用如图3所示的标准45°翻边:

3) 设计许用剪流

式中:

Fo——许用总剪应力, 由图5给出;

K1——缩减系数, 由图5给出。

许用剪流为:

4) 净剪切应力

净剪切应力应低于材料的剪切许用应力。

注:H/6是假设缘条的有效深度;d在是柳钉直径。

孔之间的腹板上净剪切应力见式 (5)

开孔处垂直方向净腹板上净剪切应力见式 (6)

5) 腹板-凸缘铆钉 (对于II型梁)

由于孔的存在导致了腹板上剪应力的分布不均匀, 因此, 腹板与凸缘间的连接铆钉应该按下列两者中较大的数值进行计算:

6) 优化设计

当孔的直径D和间距b选定, 通常取D/he≈0.25, D/b≈0.45。

当腹板的高度he、孔的直径D以及剪切载荷q给定时, 重量最轻的梁通常有D/B≈0.45。

2举例

2.1斜拉杆的许用载荷

斜拉杆材料为2 0 2 4-T 4 2, 航向长度L=530mm, 宽度he=150mm, 角度16.44°。横截面积A=69.1mm, 许用剪流为:

重量计算如表1所示。

斜拉杆1N重量的结构能够传递的剪流为53N/mm。

2.2带45°翻边孔的腹板的许用剪流

许用剪流见表2所示, 1N重量的结构能够传递的剪流为21N/mm。

2.3结构效率对比

两种结构形式的每单位重量能够传递的剪流见表3所示。

3 结语

结构设计中考虑布置空间允许、系统通道及强度要求, 遵循重量轻, 单一的小载荷情况, 斜拉杆的效率比带减轻孔腹板高, 推荐使用斜拉杆形式;有系统通道要求的部位及剪切拉伸载荷同时作用处, 建议使用带减轻孔腹板。在载荷较大的部位, 建议使用张力场腹板形式。

摘要：本文给出在民机结构设计中使用到的两种结构形式 (斜拉杆、带减轻孔腹板) , 并且比较它们的结构效率。

关键词：结构设计,斜拉杆,带减轻孔腹板,结构效率

参考文献

腹板斜裂缝 篇4

1 工程概况和施工特点

1.1 工程概况

陇海路高架常庄干渠高架桥位于郑州市的西南角, 主要跨越常庄水库泄洪干渠, 桥梁全长940 m, 分两联布置, 跨径组合为 (9×50) m+ (9×50+40) m, 为两幅分离式设置, 两幅之间设20 mm分隔缝。单幅断面采用单箱单室斜腹板截面, 腹板倾斜角度为75°, 顶板宽度为12.75 m, 底板宽度为6.0 m。

主梁永久预应力采用体内、体外预应力混合配置方式。体内束规格采用YM15-9, YM15-12, 锚下控制应力 (扣除锚圈口损失后) 采用1 302 MPa;体外束采用YM15-27低松弛环氧涂覆无粘结成品索;锚下控制应力 (扣除锚圈口损失后) 采用1 150 MPa。

波形钢腹板PC组合箱梁模型图见图1。

波形钢腹板采用BCSW1600型, 材质采用Q345qc。波形板水平幅宽430 mm、斜幅水平方向长370 mm、波高220 mm。

波形钢腹板与混凝土顶板采用Twin-PBL方式连接, 其中除导梁段翼缘钢板厚20 mm外其余一般节段翼缘钢板采用16 mm, 翼缘宽度均采用450 mm;开孔钢板厚16 mm;开φ60 mm长圆孔, 顺桥向孔间距为150 mm, 高度为200 mm, 贯穿钢筋Φ25。

波形腹板与混凝土底板的连接采用栓钉方式连接, 其中除导梁段翼缘钢板厚20 mm外, 其余一般节段翼缘钢板采用16 mm, 翼缘宽均采用400 mm, 栓钉直径采用22 mm, 长度150 mm。

1.2 施工特点

1) 现场地形起伏大, 最大高差达二十多米, 顶推施工难度较大;2) 上部结构采用波形钢腹板PC组合箱梁, 为单幅单箱室截面设计, 宽幅大箱室波形倾斜钢腹板箱梁顶推技术在国内没有先例, 临时支座反力将近700 t, 波形钢腹板在施工过程中同时承受竖向应力和剪应力, 比成桥状态受力复杂, 关于波形钢腹板在复合应力下的整体稳定性和板件局部稳定性研究在国内尚属空白;3) 本桥采用波形钢腹板作顶推导梁的主梁, 且箱梁截面为75°斜腹板, 待顶推就位后直接用于导梁段波形钢腹板PC组合梁的现浇施工。因此导梁受力复杂, 牵涉到临时预应力束的配置、导梁和混凝土的结合面构造设计、导梁主体、滑靴及连接系的设计等。

2 施工总体方案

结合现场地形情况, YU01联顶推预制平台布置在YP2墩~YP4墩处, 即顶推节段6个 (不含导梁段) , 长度312.5 m;曲线现浇段长度137.5 m;YU02联顶推预制平台布置在YP16墩~YP18墩处, 即顶推节段6个 (不含导梁段) , 长度312.5 m;曲线现浇段177.5 m。

2.1 顶推预制平台施工

预制平台划分为五个部分, 以YU01联为例, 从YP1墩~YP4方向, 依次为:综合加工区、工作平台区、箱梁预制区、导梁安装区。综合加工区主要用于原材料的存放, 内模加工等。工作平台区主要用于钢绞线及体外束下料、穿束、存放等。箱梁预制区主要为梁段的钢筋安装、箱梁浇筑区域, 箱梁预制区设置可移动的防护棚, 防止高温和下雨等恶劣天气对施工造成影响。

由于施工现场地形复杂, 材料运送困难, 考虑到波形钢腹板PC组合箱梁施工需要, 在两个顶推平台的北侧设置施工便道, YP3 (YP17) 墩南侧布置塔吊一座, 用于波形钢腹板和施工材料的垂直和水平运输。另考虑到顶推期间的测量需要, 在YP2墩顶设置测量观测墩, 用于顶推施工期间预制平台及梁体的监控和测量。

1) 平台支架结构形式。预制平台结构主要由模板系统、临时支墩 (滑道支承墩、平台支承墩) 及安全通道组成。结合现场实际情况, 并经过受力验算, 基础拟采用钻孔灌注桩基础, 桩基设计为摩擦桩, 滑道支撑墩选用1.2 m直径钻孔灌注桩;支架支撑墩选用1.0 m直径钻孔灌注桩, 为便于支架墩与钻孔灌注桩连接, 桩顶设置1.2 m×1.2 m×1.0 m承台。设计要求滑道支承墩间距不得大于10 m, 因此滑道支承墩和平台支承墩的纵向间距为5 m。a.滑道支承墩。滑道支承墩是箱梁顶推时的临时支承墩, 同时也是箱梁混凝土浇筑时底模的端支点支承墩;其中间底模板下方两个支承墩。b.平台支承墩。平台支承墩仅作为箱梁施工时底模的中间支点, 其采用直径630 mm、壁厚8 mm的钢管柱, 基础采用直径1 000 mm钻孔灌注桩, 纵桥向间距5 m, 有滑道支承墩处不设平台支撑墩, 钢牛腿兼作支点。

2) 平台模板系统。平台模板系统主要由底模升降系统、翼缘板模板和内模组成。底模升降系统采用钢制定型骨架, 上部设置Ⅰ型分配梁和底模。通过千斤顶调整底模标高就位, 用马凳和钢楔块将模板调平。模板下落时, 拆卸钢楔块和马凳即可实现模板系统下降。滑道前后两侧设置活动底模, 顶推前将活动底模抽掉, 用于喂取滑板。

3) 平台支架受力验算。支架受力分析模型采用midas程序, 底模面板采用板单元建模, 其余构件均采用梁单元建模;模型取20 m节段分析, 箱梁采用横梁附近区域20 m节段, 每层分配梁之间采用弹性连接约束, 立柱底部采用固结约束。所有荷载均采用面荷载形式施加在底模面板上 (见图2, 图3) 。经计算, 支架结构体系及模板刚度能够满足施工要求。

4) 平台安全通道。预制平台处设置装配式爬梯两座, 用于人员的垂直上下。为方便顶推施工和模板升降的需要, 沿钢管支墩连接系纵横方向水平设置安全通道。安全通道与上下爬梯连接, 并在滑道支撑墩前后设置施工平台, 便于滑板的喂取。安全通道采用φ48钢管焊接而成, 护栏高度不小于1.2 m, 底部30 cm设置挡脚板, 内外侧悬挂密目式安全网。

2.2 波形钢腹板导梁

顶推导梁的主体结构采用波形钢腹板, 并使用斜腹板结构, 待顶推就位后将临时结构拆除直接用于导梁现浇段施工。导梁主要由波形钢腹板主梁、梁间连接系、滑道钢靴、埋入段、根部钢顶板五个部分组成 (见图4) 。

导梁悬臂总长35 m, 为最大跨径的0.7倍。导梁总长38.8 m, 分三个节段。其中第一节段长12.98 m, 由腹板节段1、腹板节段2及上下平联、横联组成;第二节段长10.4 m, 由腹板节段3、上下平联、横联组成;第三节段长14.2 m, 由腹板节段4、导梁箱梁结合部及上下平联、横联组成。导梁段为便于顶推到位后调整线形和割除临时构件, 波形钢腹板节段间施工期间采用高强度螺栓连接, 顶推到位后拆开波形钢腹板, 对钢腹板进行线形调整和整修, 就位安装, 使用贴角焊搭接连接。施工期间导梁段的上下翼缘须在施工期间保持连续, 以满足受力要求, 因此该段节段间上下翼缘板在先期采用熔透焊接并加补强板, 后期切开焊缝, 同一般节段一致, 设20 mm断缝。导梁末端预先与相邻箱梁现浇段浇筑成整体, 并加设临时体外束, 顶推到位后拆除并转化成永久体外束。

2.3 波形钢腹板定位安装

由于波形钢腹板加工、运输及施工的要求, 在纵桥向分割成节段, 运抵现场后再进行拼装。拼装时采用高强螺栓临时固定, 待定位完成后再进行双面贴角焊接。本桥采用斜腹板结构, 因此波形钢腹板的定位安装就显得尤为重要。结合本桥的施工特点, 采用了内拉外撑的支撑体系对波形钢腹板进行定位支撑。外侧支撑采用80 mm无缝钢管作为支撑的承重杆件, 在波形钢腹板顶部和支撑平台设置耳板, 支撑杆与耳板间采用销轴固定, 钢管中间布置一道可调螺栓用于波形钢腹板角度的调整。内侧支撑在上下各设一道锁口支撑杆, 杆件布置形式同外侧支撑, 中间均设置可调螺栓, 便于对波形钢腹板位置进行精调。同时, 在上下锁扣支撑杆两侧各布置一道斜杆, 防止浇筑过程中波形钢腹板移位。支撑体系的布置按照2 m一道的原则进行设置, 且保证每节段波形钢腹板不少于4道支撑。

2.4 波形钢腹板PC组合箱梁预制

待模板打磨、除锈、刷漆完成后, 即可进行底板钢筋绑扎作业。底板、顶板钢筋采用在加工棚内集中化加工, 将钢筋分段加工成型后再吊装至平台处安装。模板与钢筋安装工作应配合进行, 妨碍绑扎钢筋的侧模板应在钢筋安装完毕后安设。为确保预应力质量, 波纹管内增设橡胶管进行支撑, 浇筑过程中进行抽拔, 防止堵塞孔道。钢筋安装完成后要及时对各类预埋件进行检查, 并准确定位。波形钢腹板的安装与箱梁底板钢筋绑扎同时进行, 吊装时依次按照编号和安装顺序进行吊装, 以免发生混淆。安装侧模时应防止模板移位和凸出, 侧模外设支撑进行固定, 横梁处的侧模设拉杆固定。模板安装完毕后应保证位置正确。浇筑时发现模板有变形时要立即进行纠正加固。浇筑混凝土前, 对平台支架、模板系统、钢筋及预埋件等进行全面检查, 并对混凝土拌和、输送等各种机具设备和备料情况进行检查, 以确保混凝土浇筑的顺利。混凝土浇筑采用泵送连续入仓, 插入振动器振捣, 振捣以混凝土表面不再下沉、表面泛浆、不再出现气泡为止, 防止出现漏振、过振。混凝土浇筑过程中, 严禁重物撞击波形钢腹板, 防止移位变形。分两次浇筑时, 顶板与横隔板处新旧混凝土接缝表面必须凿毛、清洗, 以保证新旧混凝土结合良好。转向块处面积小、钢筋密集, 布置有体外索转向器;端横隔板是体外索锚固端, 钢筋密集;为保证混凝土的密实, 要采用工作性好的混凝土, 采用小型振捣棒, 并辅以人工使用木槌进行敲击检查, 防止出现漏振、空洞现象。待浇筑完成, 养护龄期、强度及弹性模量均符合设计要求时即可进行张拉压浆作业, 然后进行下一步顶推作业。

2.5 顶推施工

1) 顶推设备选型。顶推设备选用含有墩顶位移监测的第三代的QKDT (BP) 自动连续顶推系统。在每台千斤顶的前顶和后顶分别配置位移传感器, 可直接检测出千斤顶活塞的行程。通过PLC的运算计算出千斤顶的速度并加以比较, 以一台顶为主动点, 以恒定的速度伸缸;其余顶为随动点, 如果千斤顶速度满足要求则按此频率输出泵头流量, 否则调整电机频率以增加或减小泵头输出流量, 以达到速度的调控, 通过这个闭环控制系统, 保持各顶速度的同步。每个桥墩配置一个现场控制器 (分控柜) , 每个现场控制器均带有触摸屏显示, 可控制1个泵站和2套顶推千斤顶, 同时将所有的数据传送到主控台。操作面板上安装有急停开关、远程/就地选择开关、报警指示灯等。

2) 每个泵站上都设有压力变送器, 可准确地检测每个泵站承载力的大小。在整个工作过程中, 将每个泵站的压力与该泵站的最高设定压力比较, 若小于设定值则系统继续工作, 若不小于设定值则系统停机并在屏幕上显示相关信息。

3) 墩顶顶推滑道及预埋件布置。a.滑道梁。滑道梁由钢板焊接成箱式结构。顺桥向滑道前后方做成坡型口, 方便MGE喂板。通过调整预埋钢板坡度保证滑道梁纵向坡度与桥梁设计纵向坡度一致。b.MGE板。在滑道上均匀涂抹润滑油脂, 将MGE板平铺在滑道上, 控制MGE板之间间隙不可太大。预制平台MGE板厚为35 mm, 一个滑道上放置4块600 mm×600 mm的MGE板。c.千斤顶反力支架。千斤顶反力支架是千斤顶放置及顶推时反力传递的临时设施, 利用精轧螺纹钢与墩身连接固定。d.牵引锚柱 (拉锚器) 。牵引锚柱设置为梁体预埋孔道式, 使用型钢插入孔道作为顶推牵引的拉锚器。在浇筑箱梁时, 在梁顶面及底面预埋箱形钢板作为孔道。梁体成型后, 利用型钢锚柱贯穿梁体, 在梁底安装锚固端锚板, 作为拉锚器。

除此之外, 顶推过程中还需与监控等单位的沟通与协作, 确保顶推梁段成桥后的线形符合设计要求。由于顶推施工是一项较复杂的工程, 尤其是波形钢腹板作顶推导梁在国内尚未成熟, 施工过程将进一步加大对波形钢腹板导梁的监测与控制, 为后续同类桥梁的施工提供实践依据和数据支持。

4) 顶推施工。a.顶推力大小的确定。顶推施工控制最基本的要求是准确计算各工况应施加的顶推力, 顶推牵引力的大小根据各工况下墩顶的最大支反力及试验顶推节段确定的摩擦系数来确定。顶推过程中, 需保证总的顶推力大于摩阻力, 设定好泵站系统后再分批次施加到位。如需增加或减少顶推力时, 应根据现场测量监控结果并在有较大富余顶力的墩位来补足顶推力。b.顶推测量监控。顶推过程中, 要对箱梁的轴线偏移、主梁标高、导梁挠度以及墩顶的水平位移等进行测量, 施工施加顶推力开始移动连续进行观测, 一旦应力超限时要及时停止, 并对各墩应力调整后再进行顶推。除此之外, 还需要对预制平台临时支墩的应力状态、主梁结构安全性、波形钢腹板屈曲稳定、导梁结合段及导梁的安全性、墩身安全性进行监控, 确保结构顶推到位后的线形及其内力状态符合设计要求。c.支座转换、落梁。在顶推完成后, 先拆除顶推千斤顶及反力架, 留出空间布置顶升千斤顶。将滑道与预埋板切割分离, 利用手拉葫芦、汽车吊将滑道拆除。用吊车吊装支座至限位架上, 利用手拉葫芦牵引支座滑移到安装位置。待支座全部转换完成后, 才能进行落梁作业。

3 结语

经过常庄干渠高架桥的工程实践证用, 波形钢腹板PC组合箱梁顶推预制平台结构可靠, 稳定性好, 波形钢腹板PC箱梁顶推法施工具有施工效率高、占用场地较小、外观质量好等优点, 具有很好的工程应用价值, 为后续同类桥梁的施工提供了很好的实践依据。

参考文献

[1]陈宜言, 王用中.波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2009.

腹板斜裂缝 篇5

某大桥为坐落在长江中上游上的一座公路桥, 其主桥为跨径115.5+210+115.5m的预应力混凝土连续钢构体系。桥面宽度净9+2×1.5m, 箱梁宽度12.5m, 为单箱单室断面, 箱宽6m, 两侧翼缘各宽3.25m, 箱梁底板厚度由根部的1.2m (1#块) 向跨中渐变为0.32m (23#块) , 腹板厚度分别为1#～13#块0.7m, 14#～23#块0.5m, 顶板厚度0.25m, 承托处加厚至0.9m。箱梁预应力体系为纵、横、竖三向预应力:纵向预应力的顶板束为每束25根Φ15.24钢绞线, 张拉力4888kN, 断面锚固4束;底板束为每束25根Φ15.24钢绞线, 张拉力4301kN, 边跨从14#块～21#块, 中跨从10#块～22#块均施加有底板预应力, 一个断面锚固1束;横向预应力为每束2根Φ15.24钢绞线, 张拉力391kN, 间距0.5m;竖向预应力为Φ32精轧螺纹粗钢筋, 纵向间距0.5m, 一侧腹板2排, 单根粗钢筋的张拉力为540kN。箱梁从2004年12月开始1#块施工, 2005年10月完成最后一个块件的悬臂浇注, 2006年上半年竣工, 2006年11月完成荷载试验, 随后通车。

2 裂缝分布情况

2006年大桥竣工前检查箱梁时发现箱梁腹板有裂缝, 腹板裂缝分布情况如下:

除1#墩边跨外, 在1#墩中跨的第10#与11#块、2#墩中跨的9#块以及2#墩边跨的 9#块均出现裂缝, 各块件裂缝均出现在距箱梁底板下缘2.5～3.7m范围内 (腹板中部) , 其倾角 (与水平线的夹角) 为10°～20°度, 且各块件腹板均只有一条裂缝, 裂缝的形状、裂缝的长度以及在块件中的位置见图1。

3 裂缝成因分析

3.1 裂缝特征与引起开裂的主要因素

引起混凝土结构产生裂缝的原因很多, 诸如结构受载过大、混凝土收缩与徐变、混凝土温度变化伸缩、施工质量等, 这些因素中, 裂缝的出现可能由一种或几种因素共同作用产生, 但无论是何种因素, 归结起来, 都是由于在某一时刻 (或某一时段) 混凝土所受到的拉应力超过了混凝土当时的抗拉强度而开裂, 分析开裂的原因, 就是要找出引起混凝土拉应力大于其强度极限的主要因素。

从本桥箱梁腹板裂缝的现状看来, 具有以下特征:

1-立面 2-平面

(1) 普遍性:

全桥4个悬臂中的3个悬臂的箱梁上下游腹板均开裂;

(2) 位置统一性:

裂缝均出现在第9#、10#块件的中部, 且裂缝距箱梁底板下边缘的高度均在2.5～3.7m范围内, 接近箱梁截面形心;

(3) 形状统一性:

各腹板裂缝均为头大、腹更大、尾细的蚯蚓形;

(4) 倾斜度统一性:

各腹板裂缝的倾斜度均向悬臂施工时的悬臂端方向降低倾斜, 与水平线的夹角在10°～20°之间;

(5) 钙化统一性:

各腹板裂缝均出现灰白色钙化物质。

以上特征表明, 全桥腹板裂缝具有明显的规律性与系统性, 说明裂缝不是由偶然因素引起, 而是系统的因素引起。从裂缝钙化情况看, 裂缝不是近期产生的, 而是早期产生的。进一步分析裂缝的形状, 其前部与中部大, 后部纤细, 且大致水平, 表明裂缝是从前部被拉裂。

对于本桥的箱梁结构, 没有竖直方向的等值反向外拉荷载, 开裂方向也没有预拉力, 故可判定引起开裂的主要原因, 不是结构的外力, 也不是预拉力, 而是内力。再从裂缝分布的规律性, 系统来看, 开裂拉力具有场的分布, 是一种或几种场力, 产生场力的因素有三种:①混凝土自身的收缩;②混凝土徐变;③温度变化。在这三项因素中, 徐变亦不可能是主要因素, 因为徐变是在受力的情况下产生, 而开裂部位并未受到竖直方向的外拉力, 排除徐变因素后, 再结合裂缝的系统性及前部大、后部纤细的形状特征, 可以判定引起腹板开裂的主要因素应为混凝土的收缩与温度变化产生的拉应力。

3.2 裂缝的产生过程

当块件混凝土浇注后, 一方面由于其收缩受到交界面的约束, 从而产生收缩约束张力 (约束拉应力) , 收缩约束张力在腹板内聚集收缩变形能, 另一方面, 由于块件在升温很快、气温相对较低的季节浇注, 后一块件浇注时, 前一块件体温底, 后一块件由于有水化热, 体温相对较高, 两块件从大气吸热达到平衡前, 前一块件的吸热量大于后一块件, 前一块件对后一块件会产生胀裂作用, 这样胀裂作用仍然通过变形能倾存于后一块件内, 且在升温季节与夏季不会消除。

随着时间的增长, 块件收缩量越来越大, 尤其是两块件由于龄期差产生的收缩量差越来越大, 在后一块件体内聚集的变形能越来越大, 从而产生的拉应力越来越大, 由于收缩变形随时间增长, 当某一时刻拉应力超过腹板混凝土的抗拉强度时, 腹板便被拉裂。由于块件交界面形心处的水平面的拉应力最大, 故腹板在此水平面附近开裂。由拉应力分布图可知, 拉应力靠交界面最大, 远离交界面小, 裂缝应从交界面处裂开, 并应大致水平, 但事实上, 腹板混凝土并非各向同性的匀质弹性材料, 在腹板内可能存在非匀质薄弱面, 裂缝首先从薄弱面裂开, 并延薄弱面开展, 裂缝出现的时间与薄弱面的薄弱情况相关, 越薄弱, 出现越早, 反之越晚。

3.3 裂缝的发展阶段

(1) 开裂阶段 (第一阶段)

腹板开裂后, 开裂面的应力释放, 成为自由边, 由于自由边不再有粘结力, 块件分裂为上下两部分, 自由边分别向上下两部分的中心收缩, 使裂缝越来越宽。同时, 开裂面应力释放后, 应力场发生改变, 在开裂面内, 由开裂前的分布相对均匀改变为开裂后的向裂纹尖端集中, 裂纹尖端拉应力集中导致裂纹迅速开展。

(2) 悬臂浇注发展阶段 (第二阶段)

裂缝出现时, 大桥施工仍在悬臂浇注阶段, 该阶段, 随着箱梁各后续块件施工, 裂缝处的剪应力有所增加, 拉应力无明显变化, 裂缝发展的主要动力仍是收缩拉应力。裂缝随着收缩变形进一步变长、变宽、呈蚯蚓形。

(3) 底板束张拉后及运营阶段 (第三阶段)

当箱梁合拢, 底板束张拉完成, 全桥竣工后, 运营状态开裂部位微小单元的应力情况如图2:

由图2a知, 在运营阶段, 开裂部位的单位应力为:

竖直截面:正应力б1=-14.14MPa (压应力)

剪应力τ1=2.67MPa (绕脱离体顺时针)

水平截面:正应力б2=-2.31MPa (压应力)

剪应力τ2=-2.67MPa (绕脱离体逆时针)

由摩儿圆计算得的开裂面 (与水平面呈10°夹角, 其法线方向与竖直面的法线呈α=70°夹角) 的应力为:

正应力б=-5.14MPa (应压力)

剪应力τ=5.85MPa (绕脱离体逆时针)

开裂面剪应力τ=5.85MPa, 具有较强的剪裂效应, 无疑对裂缝的开展会起到推波助澜的作用。

此阶段 (第三阶段) 主要是箱梁底板束的集中力引起开裂面的剪应力, 使裂缝进一步开展。此阶段前期由于块件混凝土连续收缩以及底板束施加的预应力 (尤其是10#块、11#块齿板束) 使裂缝进一步开展, 后期随着块件龄期达到200d以上, 收缩基本稳定, 裂缝随之稳定, 不再开展。

4 结语

(1) 此大桥箱梁腹板出现的裂缝其分布有规律性、系统性、普遍性、并均出现在初春气温由低向高变化较快的时节 (2005年3月19日～4月12日) 施工的块件 (9#、10#、11#块件) , 引起开裂的拉应力来自两个方面:

①块件混凝土收缩时, 开裂块件受到前一块件的约束作用以及由该两个块件龄期差异导致的收缩量差的附加约束作用产生的拉应力。

②两块件从大气中的吸热量差产生的前一块件对开裂块件的胀裂作用的拉应力。即收缩约束拉应力和吸热量差拉应力, 前者随时间增长, 后者产生的周期短 (数天, 且不会消除) 。

(2) 收缩约束拉应力各块件均存在, 吸热量差拉应力仅出现在春季的快速升温时季, 虽然由两种拉应力组合在一起使腹板开裂, 但仅前者不足以产生裂缝, 故后者是主要因素。

(3) 箱梁底板束在开裂处会产生较大剪应力, 对裂缝开展具有推波助浪的作用。

(4) 开裂块件截止目前已有两年半的龄期, 收缩早已稳定, 裂缝不会继续开展。

摘要：腹板裂缝的出现对桥梁的工作性能和承载能力产生了很大的影响。在归纳总结前人经验的基础上, 从某桥的实际工程入手, 结合裂缝分析理论, 对此连续刚构桥梁腹板裂缝的分布、产生、发展做了较为详细的阐述, 并对其成因做了进一步的分析。

关键词：连续刚构桥,腹板裂缝,实际工程,成因,分析

参考文献

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[2]范立础.桥梁工程 (上册) [M].北京:人民交通出版社, 1996.

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[4]罗凤林, 等.预应力混凝土连续刚构的几个问题探讨.四川省公路学会2004年桥梁技术交流会论文集.

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[7]王文涛.刚构—连续组合梁桥.人民交通出版社.

腹板斜裂缝 篇6

某大桥主跨为76m+138m+76m预应力混凝土连续刚构, 分左右幅, 总长为290m。全桥宽27.5m, 顶板宽13.5m, 底板宽7.5m, 为单箱单室截面。梁高呈1.6次抛物线变化, 腹板厚度分别为0.7m和0.5m, 底板厚度由跨中的0.35m按1.6次抛物线变化至根部的1.1m。刚构悬臂段采用挂篮对称现浇施工, 现浇节段长3～4.5m, 最大悬浇主梁节段混凝土重194T, 挂篮采用后支点挂篮, 自重按60T计;两岸边跨现浇段采用满堂支架和导梁现浇施工。箱梁采用纵向、竖向双向预应力结构, 纵向预应力体系采用大吨位锚固体系, 竖向预应力采用精扎螺纹粗钢筋锚固。中、边跨合拢断长均采用2m;边跨现浇长5.8m。大桥在施工过程中, 当4号块纵向预应力筋张拉完毕且4号块竖向预应力筋未张拉时, 发现4号块腹板存在肉眼可见的斜向、竖向和水平裂缝, 主要以斜向裂缝为主。这主要是由于腹板内产生了大于混凝土极限抗拉强度的主拉应力所致。为便于分析计算在腹板中产生的主拉应力, 采用有限元软件MIDASCIVIL对大桥进行模拟计算分析。

2 腹板开裂原因分析

2.1 纵向预应力筋

纵向预应力钢筋是连续刚构桥的核心。在预应力混凝土连续刚构桥中, 可以通过纵向预应力给各构件截面预压应力, 以保证各截面的正截面强度, 也可以通过预应力的巧妙布置, 提供和提高构件的斜截面强度。施工过程是先张拉纵筋然后张拉竖筋, 张拉纵筋时, 由于顶板下弯束纵向预应力筋提供给腹板一竖向的剪应力, 极有可能导致腹板裂缝的产生。

为了分析不同预应力损失对桥梁腹板主拉应力的影响, 采用MIDAS对施工阶段的4号块进行了考虑五种纵向预应力钢筋情况:无预应力损失、预应力损失10%、预应力损失20%、预应力损失40%及有效预应力 (按照规范, 扣除各项预应力损失后的有效预应力) 的详细分析可以看出, 纵向预应力钢筋应力对各节点的主拉应力有较大影响。主拉应力随着预应力损失的减小而增大。预应力损失越大, 主拉应力就越大, 裂缝出现的可能性就越大。

2.2 竖向预应力筋

连续刚构桥竖向预应力筋的预应力损失也是腹板产生裂缝的重要因素之一。设计中采用的竖向预应力高强钢筋长度短, 螺母与精扎螺纹钢筋的间距损失以及锚垫板与螺母锚固损失相当大, 有效预应力与计算值差距大。在一些桥梁的实际调查中, 常有竖向预应力筋永存预应力不到位的情况, 甚至在施工完成以后, 有的预应力筋内无预应力。这对箱体的受力是不利的, 因为竖向预应力对箱梁截面主拉应力的贡献是相当大的。同时竖向预应力在节段中分布不均, 节段的接合位置是竖向预应力的最低谷, 因此这也是箱梁腹板开裂的原因之一。

2.3 腹板厚度

大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁为了减少结构自重, 往往尽量减少箱梁截面面积。而腹板的受力有正截面法向应力、直接剪应力, 由于剪力滞和畸变附带产生的法向应力和剪应力, 竖向预应力产生的应力和因箱梁扭转而产生的剪力流等的作用, 会影响腹板的主拉应力, 因此腹板的厚度也直接影响箱梁腹板主拉应力的大小。此预应力混凝土连续刚构桥的腹板厚度为70cm, 在考虑箱梁自重、挂篮及预应力钢筋共同作用下, 采用MIDAS分别计算60cm、70cm、80cm厚的腹板对主拉应力的影响。结果表明4号块腹板中点的横向和竖向主拉应力均随着腹板厚度的减小而增大。因此, 在施工过程中, 为了改善腹板受力, 增加腹板厚度不失为一种可行的办法。但是从桥梁总体的受力、减轻桥梁自重等几方面综合考虑, 本桥70cm的腹板厚度还是可行的。

2.4 温度应力

桥梁设计中通常会考虑年温差和日温差的影响。混凝土箱梁结构在太阳辐射和大气辐射及外界气温的影响下, 混凝土箱梁沿高度方向会产生不同的温度状态, 即温度梯度, 产生温度变形。大量资料表明, 大跨径预应力混凝土箱梁桥特别是超静定结构体系中, 此项温差应力甚至超过活载的应力, 被认为是预应力混凝土桥梁产生裂缝的主要原因之一。因此, 在此考虑在日温差作用下产生的温度梯度效应对4号块腹板进行分析。

根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTGD60-2004) 计算桥梁结构由梯度温度引起的效应, 采用箱梁桥竖向温度梯度曲线。采用MIDAS对箱梁4号块在在竖向温度梯度下产生的温度应力进行计算时, 在主梁上施加温度梯度, 4号块腹板中点在正温差温度梯度下 (T1=25℃, T2=6.7℃) 产生的温度应力为0.24MPa, 在负温差温度梯度下 (T1=-12.5℃, T2=-3.35℃) 产生的温度应力为0.28MPa, 均为拉应力。由此可知因温度应力而使腹板产生开裂也不是不可能的。

3 结语

通过上述分析可知, 为了改善施工过程中腹板再次出现裂缝, 可通过下述方法来改善腹板的受力:考虑施工时混凝土实际弹性模量的影响, 采用张拉力和张拉长度双重控制的方法控制纵向预应力的张拉, 防止纵向预应力张拉过大。同时防止纵向预应力损失过大而使张拉力很小;充分且合理考虑竖向预应力筋的预应力损失, 提高竖向预应力筋的锚固力。避免在施工过程中因施工不当等人为因素造成波纹管的堵塞, 或者在顶板凿开后及时对附近区域的竖向预应力筋进行预应力的补强, 减少竖向预应力筋的预应力损失;通过合理增加腹板厚度来减小腹板的主拉应力, 也可以通过较长距离实现腹板厚度的变化;选择合理的温度梯度模式。同时选择合理的季节施工, 减小腹板中产生的温度应力, 保证结构的抗裂性。

摘要：大跨度预应力混凝土连续刚构桥因施工过程中腹板产生裂缝而影响桥梁的力学性能和使用性能, 因此腹板裂缝的分析研究成为目前普遍关注的问题之一。由于相关的设计理论不是很完善, 连续刚构桥在施工或运营过程中容易出现裂缝, 尤其是腹板在预应力筋张拉后出现开裂是一个比较典型的现象。本文以某大桥为背景, 并结合有限元软件对施工过程中4号块腹板产生的裂缝进行分析, 提出预防和改善腹板开裂的建议。