预应力混凝土小箱梁腹板裂缝成因分析

预应力混凝土小箱梁腹板裂缝成因分析

倪奎元

中铁九局集团有限公司路桥分公司 辽宁沈阳 110085

摘要：当前我国有着较高的人均车辆占有率，为与当今的交通量相匹配，人们不断追求更高的桥梁建设质量标准以及更宽更大的建设幅度。此时，小箱梁结构桥梁因其自身受力合理等特点而受到人们的广泛应用。当因小箱梁所采用材料的强度等的不足，使其在运营时容易出现较多的病害，尤其是对于预应力混凝土结构而言，裂缝病害非常常见。基于此，本文将针对预应力混凝土小箱梁的腹板裂缝进行探讨，以分析其成因。

关键词：预应力混凝土；小箱梁腹板裂缝；成因分析

引言

目前我国大量桥梁为预应力混凝土桥梁，但是预应力混凝土桥梁建设过程中时常会出现裂缝。为了规避这种桥梁病害，本文将深入探讨预应力混凝土桥梁裂缝成因及加固措施。

1工程概况

该桥梁全长2040m，以一级公路标准进行设计，有着80km/h的设计速度，先简支后连续桥梁体系，上部结构为装配式预应力混凝土小箱梁结构，上下行分离式断面，35m的基本跨径。桥梁施工时再张拉完小箱梁预应力筋之后，因各种因素的影响，使其在完成张拉后未能及时开展灌浆工作，并且有着多达7d以上的压浆间隔张拉时间。桥梁运营期间有多条纵向裂缝出现在小箱梁腹板预应力管道处。为能够较为准确地对混凝土小箱梁的整体受力进行研究分析，以获取其腹板出现纵向裂缝的原因，本文将通过有限元软件Midas对小箱梁结构进行建模分析，特别是针对其腹板处的受力而言。采用有限元仿真分析的方法，对小箱梁在施工和运营等阶段的应力进行模拟，以寻求腹板纵向裂缝出现的具体阶段。使用空间杆系单元模型对腹板的应力场进行建模分析。以桥梁一联为研究对象，根据桥梁实际对边界条件进行模拟。

2预应力混凝土桥梁裂缝成因分析

2.1人为因素影响

桥梁受力方面的设计对桥梁承重有一定的帮助。但由于计算模型中对结构受力的假设与实际受力并不会完全符合，所以在计算过程中会出现不精确的情况，可能会出现少算、漏算，以及内力与配筋计算错误等，导致桥梁承载力不足，从而出现裂缝。这种裂缝的出现是因为荷载问题。此外，结构刚度不够也是影响桥梁出现裂缝的原因。在施工阶段，将不合理的施工机具或材料堆放在桥梁上，预制结构的安装不妥当，也会造成结构受力不合理，进而产生裂缝。在使用阶段，桥梁需要承载车辆重量，如果车辆超速行驶会对桥梁结构施加强大的压力，导致桥梁混凝土内部应力过大，进而造成裂缝。

2.2原材料不合格

一是粗细骨料级配间断，超逊径不符合规范要求、含泥量过大，进而导致混凝土收缩，诱导裂缝产生。二是混凝土外加剂种类、数量不按配合比例掺加，增加混凝土收缩。三是水泥品种、等级不符合要求，造成混凝土早期收缩，引起混凝土收缩裂缝。

2.3桥梁自身因素影响

会造成桥梁裂缝的原因也可能出现在桥梁自身，包括施工过程中空气温湿度变化造成的物理反应，或者沉降、腐蚀等。裂缝的出现非常影响桥梁质量，所以应该对此方面进行更加全面的分析。比如，一旦混凝土浇灌工艺不当，非常容易产生裂缝。桥梁所需混凝土的质量不同，所承载的力量也不同。对混凝土的搅拌，如果时间太短，桥梁内部稳定性会受到影响，进而出现裂缝，而如果时间太长，则会产生不均匀的网状裂缝。可见会造成桥梁裂缝的原因有很多，所以要对此方面进行更加深入的探讨。

3整体受力分析

分析施工和运营阶段小箱梁在荷载组合作用下的腹板应力分布情况，以获取小箱梁模型中裂缝出现的可能原因。施工阶段小箱梁应力分布在预制小箱梁时，当混凝土浇筑后的强度满足设计要求后对其腹板进行张拉预应力施工。将5片小箱梁浇筑成整体，使其成为连续梁体系，本文在模拟该部分数值时所遵循的顺序为：在浇筑完端部混凝土并在其强度满足设计要求后，再进行张拉预应力施工。在进行有限元建模分析时，首先以五跨箱梁为整体进行建模，并根据实际施工情况模拟移动荷载和运营阶段。由顶板张拉数据可知，在各个控制截面中仅有0.14MPa的最大主拉应力在支座处出现，并且腹板在理想的施工体系中不会有较大的主拉应力出现，从而导致纵向裂缝出现在腹板位置。

4预应力混凝土加固措施

4.1裂缝修补

当出现裂缝时，要及时修补。如果裂缝小于0.12mm，可以直接使用裂缝补胶涂刷，封闭裂缝；如果裂缝大于0.12mm，就证明桥梁裂缝非常大，用裂缝补胶无法保证裂缝的加固，可以采用低压灌浆的方式修补裂缝。

4.2加强载荷控制

由于载荷作用也会导致裂缝的出现，施工人员应加强防护措施，在整个施工环节有效控制载荷，从根本上防止裂缝的产生。施工时，应严格按照载荷大小安排工序，确保混凝土载荷符合相关标准。此外，还应避免桥梁承受的载荷过大，妥善放置过重的材料和工具，减轻桥梁承受的压力，从而减少裂缝的产生。

4.3采用复合材料加固

如果桥梁因弯曲而产生裂缝，则可以采用粘贴钢板、纤维等复合材料加固，加大截面受压面积，提高桥梁的强度和刚度。这种加固方法对桥梁自身重量会有所影响，需要适当添加复合材料。如果是腹板上出现裂缝，可以选择在裂缝反方向45°左右的地方粘贴钢板。但通常情况下腹板上的裂缝距离地面较低，钢板或纤维锚长度不足，这时可以选择U型箍或加压条。如果从桥面的纵向出现裂缝，则可以重新铺装加厚大横隔板。上述两种裂缝都是因受力而引起的病害，所以都可以采用增设体外预应力加固方法来加固，增加复合材料，这种方法设计便捷，施工方法简单，但效果非常好。

4.4加强温度控制

水泥温差产生的主要原因是水泥水化热效应，应尽量降低水泥水化热以减小水泥温差。施工时，尽量避免使用早期水化热低的水泥、水化后含热低、凝结作用时间长的复合水泥、低热量的矿渣硅酸盐复合水泥、粉煤灰矿渣硅酸盐复合水泥或其他低黏度标号的水泥等；尽量不选用粒径大的粗细骨料和干净的中粗水泥砂；掺加适量的粉煤灰等水泥外加剂有利于降低水泥水化热，但由于水泥粉煤灰的振捣比重小于大型水泥，混凝土在振捣时使用比重小的水泥粉煤灰容易悬浮于大型混凝土的基层表面，从而产生塑性和收缩性裂缝；通过掺和适量的水泥减水剂可以改善大型混凝土的振捣效果，降低混凝土水灰比，提高大型混凝土放热强度，同时减少大型水泥的使用量；通过掺入适量的水泥缓凝剂，可有效延缓大型混凝土两种放热量和峰值共同出现的最长时间。

结束语

本文以某预应力混凝土小箱梁为研究对象，采用有限元分析软件Midas对其进行了仿真分析。综上所述，在桥梁施工混凝土裂缝防治过程中，要结合具体工程实际情况，有效地引入科学的施工技术，从而提高裂缝防治能力，不断提高桥梁建设水平。针对预应力混凝土桥梁裂缝的成因和加固措施进行了深入分析，从中可以看出，桥梁裂缝的原因有很多，可以采取先将裂缝修补，然后通过采用复合材料、置换混凝土等方式来加固桥梁。

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