某25m预应力混凝土简支小箱梁混凝土强度不足事故分析与处理

某25m预应力混凝土简支小箱梁混凝土强度不足事故分析与处理

彭荣1，丁炜2

1. 湖南高速工程咨询有限公司，湖南 长沙  410114  2.湖南华罡规划设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014

摘要：本文针对某中桥25m预应力混凝土简支小箱梁出现混凝土强度不足事故，进行分析与事故处理。提出了一种解决方案，并针对解决方案在理论上进行了验算，最后得出一些主要的事故结论以及针对此次事故的处理意见，为今后同类桥梁事故处理提供一定的指导意见。此次事故充分证明了混凝土要从原材料开始严格按标准规范使用，配合比设计要科学合理，混凝土生产要严格监控。

关键词：预应力混凝土小箱梁；混凝土强度不足；桥梁事故；承载能力

混凝土作为主要的施工材料，在现代工程中被人们广泛使用。但是在工程施工过程中，由于混凝土强度不足的事故频繁出现，大大影响了施工的质量，给工程带来了一定的安全隐患[1]。

本文针对某中桥后张法预应力混凝土简支小箱梁，在施工过程中由于质量控制不严谨，导致小箱梁混凝土浇筑完成后达不到设计要求的强度等级，对出现事故的小箱梁进行计算分析，提出解决问题的方案，并针对解决方案进行验算，最后得出相关结论，为同类事故处理提供参考[5]。

1.工程及事故概况

某中桥桥跨布置为(2×25+30+2×25)m，全长137.08m。上部结构25m、30m跨径小箱梁均采用结构简支桥面连续的结构体系，按A类预应力构件设计。桥面宽度6.0m。主桥下部结构为桩柱式墩台。道路等级：四级公路；设计荷载：公路-II级；设计安全等级：一级；结构重要性系数：1.1。桥型布置图见图1及主梁截面尺寸图见图2。

在小箱梁预制过程中，对全桥已经预制完的5片小箱梁进行检测，得出25m跨径1#、2#、3#、4#、5#小箱梁均未达到原设计等级强度（见表1）。

表1 小箱梁混凝土检测强度

图2 某中桥主梁截面尺寸图

图1某中桥桥型布置图

2.混凝土强度不足原因分析

2.1原材料质量差

常见的包括水泥实际强度低，骨料质量不良，拌和水质量不合格，外加剂质量差等，均会造成混凝土强度不足[6]，影响混凝土的强度。

2.2混凝土配合比不当

混凝土配合比是决定强度的重要因素之一，其中水灰比的大小直接影响混凝土的强度，其他如用水量、砂率、等也影响混凝土的各方面性能，从而造成强度不足事故。

2.3混凝土施工工艺存在问题

一般就是混凝土拌制不佳、运输条件差、灌注方法不当、模板严重漏浆、成型振捣不密实、养护质度不良等。

3.针对事故原因进行计算分析

根据原设计图纸建立了25m跨径边梁模型（模型一），计算小箱梁运营阶段的各控制截面的内力、应力，并按《桥规》[2]要求对全桥各项指标进行验算复核。

根据现场实际情况、小箱梁混凝土等级取检测最低值进行验算，25m跨径小箱梁偏安全按C40计算，建立MIDAS模型（模型二），计算小箱梁运营阶段的各控制截面的内力、应力，并按《桥规》[3]要求对全桥各项指标进行验算复核，

将模型一与模型二进行对比分析，即原设计计算结果与事故后计算结果进行对比分析，并提出一种解决方案。建立一个方案MIDAS模型（模型三），同样对该方案小箱梁运营阶段的各控制截面的内力、应力进行验算复核，分析方案的可行性。

图3 25m跨径小箱梁MIDAS模型

表2 小箱梁模型名称分类

3.1.按原设计图纸建模分析

按原设计图纸混凝土等级为C50建立小箱梁计算模型，计算跨径为24.92米。分析得到主梁各项数据结论如下。

图4 模型一抗弯承载能力验算(KN.m)

图5 模型一抗剪承载能力验算(KN)

由以上得知，承载能力极限状况下，主梁正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度均满足要求。

图6 模型一正截面抗裂验算(MPa)

图7 模型一斜截面抗裂验算(MPa)

由以上得知，正常使用状况下，截面最小正应力及最小主应力均小于容许值，拉应力验算满足要求。

图8 模型一正截面压应力验算(MPa)

图9 模型一斜截面主压应力验算(MPa)

由以上得知，正常使用状况下，截面最大正应力及最大主应力均小于容许值，压应力验算满足要求。

3.2. 按最低混凝土检测强度建模分析

按检测出混凝土的最低强度等级C40建立小箱梁计算模型，计算跨径为24.92米。分析得到主梁各项数据结论如下图所示。

图10 模型二抗弯承载能力验算(KN.m)

图11 模型二抗剪承载能力验算(KN)

由以上得知，承载能力极限状况下，主梁正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度均满足要求。

图12 模型二正截面抗裂验算(MPa)

图13 模型二斜截面抗裂验算(MPa)

由以上得知，正常使用状况下，截面最小正应力及最小主应力均小于容许值，拉应力验算满足要求。

图14 模型二正截面压应力验算(MPa)

图15 模型二斜截面主压应力验算(MPa)

由以上得知，正常使用状况下，截面最大正应力及最大主应力均小于容许值，压应力验算满足要求，压应力储备较模型一有下降趋势。

通过模型一与模型二计算结果对比分析如表3-表4所示，从对比表格中可以看到，25m小箱梁抗弯承载能力抗力值不受混凝土强度的影响[6]，但应力储备较原设计下降2.5MPa左右，截面抗力降低9.4%。

表3 小箱梁最大应力储备对比（MPa）

表4 小箱梁截面抗力对比（MPa）

3.3. 提出一种解决方案的建模分析

针对上述验算结果，提出用部分现浇层参与结构受力的方案进行复核分析。

现浇层由8cm调整到10cm，其中 5cm的现浇层参与结构受力，另外5cm作为桥面铺装荷载计入，通过madis建模对未达到设计强度等级的25m小箱梁主梁进行计算分析，并按《桥规》要求对全桥进行各项验算，结果均满足现行规范要求，且应力安全储备有较大提高，如表5所示。

表5 小箱梁最大应力储备对比（MPa）

从对比表格中可以看到，25m小箱梁最大应力储备较现有小箱梁提升1.3MPa左右。

4.结论和建议

4.1. 结论

（1）根据检测结论， 25m小箱梁在各阶段主梁各项指标均满足规范要求，但应力储备均有所降低，通过计算对比, 25m小箱梁最大应力储备较原设计下降2.5MPa左右，截面抗力降低9.4%。

（2）25m小箱梁通过增加铺装厚度并使5cm现浇层参与结构受力后，通过计算分析，在使用阶段主梁各项指标均满足规范要求，且应力储备有明显提高。通过对比, 25m小箱梁最大应力储备较现有小箱梁提升1.3MPa左右。

4.2. 建议

（1）对于混凝土强度达不到设计要求的小箱梁，虽然结构验算结果满足规范要求，但鉴于检测中反映出混凝土强度离异性较大，为确保安全，建议对其进行单梁静载试验，确认合格后方能使用。

（2）对于混凝土强度达不到设计要求的小箱梁，从计算结论可知，结构的各项指标安全富余较之原设计均有不同程度的降低，而若考虑部分桥面现浇层参与结构受力，则结构的安全富余会有一定的提高，因此建议通过桥面现浇层对结构进行适当的补强，可采取以下措施：

1）建议增设桥面现浇层剪力钢筋，增强梁体与现浇层之间的联系；

2）建议桥面现浇层由8cm调整到10cm；

3）建议增强将桥面现浇层钢筋网直径为不低于D12；

4）现浇层施工前应将梁体充分凿毛并清洗干净，现浇层混凝土浇筑前建议喷洒一层界面剂，以增强新老混凝土的结合。

参考文献

[1]吕朝伟. 关于某中桥箱梁混凝土强度偏低的调查报告[J]. 中国包装科技博览（混凝土技术）, 2012, 3: 70-71.

[2]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015.

[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018.

[4]殷国晓. 结构混凝土强度不足事故的分析与处理建议[J].黑龙江科技信息.2014.18.141：159-159.

[5]姚佳君，郭德龙，混凝土强度问题原因分析及处理方法[J].基层建设，2018, 9.

[6]邱玉深. 混凝土强度不足对其结构承载能力的影响[J].建筑工人.2001，021.26-27.

作者简介：1.彭荣（1984-），男，湖南高速工程咨询有限公司，工程师，担任咨询事业部负责人职务，联系电话：13974937110

          2.丁炜，男，湖南华罡规划设计研究院有限公司，工程师，主要从事桥梁结构设计工作，联系电话：15200856564，联系邮箱：419338025@qq.com