连续刚构桥梁底板防崩裂技术控制措施

连续刚构桥梁底板防崩裂技术控制措施

赵国龙

摘要：在我国已经建成的预应力混凝土连续刚构桥梁中，出现的主要病害之一就是箱梁开裂问题，其中包含有底板崩裂的问题，基于这种情况，本文就从崩裂的原因出发，对连续刚构桥梁底板防崩裂技术控制措施进行简单的探讨，并提出从设计和施工两个方面提出防崩裂的控制建议措施。

关键词：连续刚构梁、底板崩裂、技术控制措施

预应力混凝土连续刚构桥梁是一种特殊的桥型，它既不是连续梁桥，也不是T型刚构桥，而是介于两者之间，它还有另外一个名字叫做墩梁固结连续梁桥。在现阶段一般只有在大跨度的薄壁高墩上才会使用到预应力混凝土连续刚构桥。从实际使用的情况上看，我国预应力混凝土连续刚构桥梁的病害主要是跨中挠度过大和箱梁梁体开裂，其中也包含有箱梁底板开裂问题，因此对连续刚构桥梁底板防崩裂技术控制措施进行分析和研究很有必要。

一、预应力混凝土连续刚构桥梁底板崩裂的成因

（一）设计原因

设计因素是预应力混凝土连续刚构桥梁底板崩裂的重要原因之一，其主要在以下五个方面表现出来：一是应力计算问题，连续刚构桥在实际设计的过程中，一般在计算上都是采用平面杆系有限元程序，这种计算方式不能将箱梁以及中跨底部的预应力在空间分布上的效应充分反映出来，尤其是在底板比较宽的情况下，由于剪力滞的原因，还有纵向预应力等方面因素的影响，实际刚构桥梁的底板所承受的应力和理论值有着比较大的出入，但是系统程序却不能按照预计的情况进行报警；二是径向力估计不足， 这是因为底板预应力束所引起的，具体主要表现在三个方面，一是在设计的过程中，忽视了底板预应力束多导致的径向力发生的变化。第二个方面是在设计的过程中，底板预应力束是平顺的曲线，但是在实际的施工过程中，因为每一个施工节段预应力束并不是通过曲线直接描述出来的，而是通过多段直线模拟出来的，这就导致一个问题，就是多段直线交汇的位置会导致应力非常的集中。第三个方面是没有重视定位钢筋，有的没有连接牢固，有的钢筋设置的比较少，导致钢筋的脱落；三是没有重视底板横桥向的应力，进而不能够进行局部的受力分析，也不能给底板钢筋的布置提供理论方面的指导；四是设计的钢筋问题，比如说防崩钢筋，再比如说勾筋等问题，因为数量或者直径方面的问题会导致作用力出现偏差；五是预应力束过多导致预应力出现过大的情况，这是底板断裂的非常重要的一点。

（二）施工因素

施工方面的因素主要有六种因素：一是预应力束分布比较集中，一般都是集中在底板的腹部，这样一来它的应力分布比较集中，防崩钢筋很容易在受力上和预应力束出现冲突，导致防崩钢筋安装困难，这样一来就会出现防崩钢筋的少放或者是不放的情况；二是在实际施工的过程中，波纹管的定位和实际的设计存在的较大的出入，导致应力出现集中的情况；其三、由于工期的限制，一次性张拉底板预应力束容易导致底板出现崩裂的情况；此外，在桥梁施工过程中，常常会忽略部分区域的预抛高度，从而使得底板的径向力显著增大，当立模标高存在偏差时，将会产生较大的径向力；其四，施工中还会对预拱度进行调整，从而使局部折角明显增大；最后，当合龙段两端存在高度差时，混凝土的保护层也会出现折角，从而导致应力集中。

二、连续钢构桥梁底板放崩技术设计的要点

（一）设计计算方法

由于连续钢构桥梁在张拉预应力钢束的过程中，会有大量径向荷载的产生，进而使底板出现横向受弯的情况，正应力也就由此出现。这种作用力会直接作用到底部，并且大量的受力会沿着管道进行辐射。因此基于这种情况，考虑到多方面的综合因素，可以从以下几个方面进行考虑：一是要考虑箱梁的整体，也要考虑箱梁的局部，尤其是整体与局部之间的关系，要进行充分的分析，然后计算底板在预应力的作用下受到的实际受拉结和受弯的数值，然后在这个基础上进行钢筋需求的配置；二是带孔道段梁是比较特殊的，要充分考虑承受径向力，并对横向的受弯效应进行精准的计算；三是在计算的过程中，可以将箱梁底板上部所受到的局部压力，直接进行转换计算，转换成抗拉的计算。

（二）底板横向受弯的计算方法

这种计算主要是运用有限元分析法进行计算，计算的结构是非常精准的，具体如下图所示：h代表的是腹板的高度，t代表的是板的厚度，通过两者之间的数据，可以将弯矩修正系数计算出来，然后可以对支座的弯矩进行计算，同时还能够计算出跨中的弯矩。如果腹板的高度h小于4，板厚t小于1的情况下，M支也就是支点弯矩=0.7M0，M中也就是跨中弯矩=±0.5M0，

计算图

（三）构造和设计建议

改变高度梁是一种常见的连续刚构桥梁设计方法，其底缘呈抛物线形状。我们建议采取措施减少预应力钢束造成的径向力，并提高底板的抗径向力。我们强调以下几点：①适当增大梁底的弯曲半径，以减少合龙段周围的外力；②精确计算预拱度，以避免在施工过程中需要对其进行局部调整；③使用横隔板可以减小底板承受的应力，并增强其防崩性。通过增加几个横隔板，我们能够提高底部的承载能力；④受径向力的影响，底板会出现横向受弯，而腹板底部则会产生横向负弯矩，因此，应根据横向受弯情况，采用相应的横向钢筋来加固；⑤此外，正确安装底板箍筋也是影响桥梁结构安全性的关键步骤。为了提高桥梁的整体性能，必须合理地安排底板钢筋。在安装时，应确保下缘和上缘横向主筋一起受力，并与肋板钢筋焊接，以形成一个牢固的整体。⑥在桥梁底板的设计中，应当精准地调整保护层厚度，使其与波纹管外径的比值保持在0.95以内，同时，还要精准地调整外径与波纹管净间距的比值，使其保持在1以内。为了减少径向力，并减少管道的截面削弱，采用预应力钢束的方法是尽可能减少钢绞线的数量。⑦由于施工过程中会遇到各种挑战，并且这些挑战是无法逆转的，所以必须做好安全准备，以防止出现意外的偏差。

三、连续刚构桥梁底板崩裂的原因及控制措施

（一）混凝土开裂

因为混凝土开裂导致梁底板崩裂的情况是比较多的，常见的有箱梁的竖向开裂，还有箱梁底板的纵向开裂，另外还有腹板存在斜开裂的情况。总的来说裂缝的表现形式主要有几种，一是纵向裂缝，二是弯曲剪应力裂缝，三是弯曲裂缝，四是主拉应力裂缝。针对以上几种裂缝的表现形式，可以从以下几个方面进行控制：一是箱梁下缘曲线的合理选择，由于连续刚构梁的截面方式通常是采用变截面箱梁，因此底板下缘曲线一般只有两种方式，一种是半立方抛物线，另一种是二次抛物线，不管是哪一种形式，都要根据实际的情况合理的选择；二是混凝土开裂因为预应力集中导致的，或者是说因为预应力过大出现的裂缝，这种情况就需要对竖向预应力进行可靠合理的设计，从而克服腹板承受力度作用过大的问题；三是可以设置横隔板设置在跨中部位，或者是设置在悬臂的中部，这样能够有效的将箱梁畸变的刚度得到有效的提高；四是可以对腹板的纵向预应力下弯束进行一个增设；五是对腹板的厚度以及底板的厚度进行适当的增强，并且防崩钢筋要设置最优的数量；六是在施工的合龙段，混凝土的强度等级可以适当的提升半级或者是一级；七是对跨径进行合理的布置。

（二）箱梁的腹板截面尺寸偏小

有的部分桥梁在设计的过程中，为了达到自重减少的效果，仅仅通过构造就将桥梁腹板的厚度给确定下来，这样直接导致的一个问题就是腹板界面的抗剪能力不足。具体来说主要有以下几个方面导致出现的裂缝问题：

一是钢筋问题，如果主梁的梁体钢筋，也就是非预应力钢筋在布置上，数量存在不足，会导致混凝土开裂。

二是过大的墩柱约束，由于国内的连续刚构桥梁的墩身常用的表现形式是双肢薄壁柔性墩，虽然双肢之间有着一定的距离，能够提供较强的抗弯强度的同时，也能够消减梁体力矩的峰值。但是因为过大墩柱约束导致梁体开裂的情况仍然存在，因此墩柱的设计应当使其具备金大互动的抗弯刚度。

三是因为箱梁抗剪能力的不足，从而导致有可能出现的斜裂缝。

四是因为温度应力问题，导致底板的开裂，针对这种情况要对温度应力进行合理的分析。除此外还应当包括合龙段的混凝土配比以及施工温度的控制，合龙段是非常重要的一个节段，使用的混凝土应当是水灰比较小的，同时还要适当加入膨胀剂避免混凝土出现收缩变形的情况，在确保混凝土的强度能够达到设计强度的基础上，要求早强。同时在施工的过程中要严格的进行施工控制，尤其是振捣和养护方面，避免出现收缩裂纹的情况。最后就是在浇筑混凝土之前，要实际观测为期一周的天气变化情况，同时联测桥梁的桥长和高程以及轴线，然后确定在浇筑混凝土的时候是在设计合龙温度或者是变化幅度较小的温度的时间内进行浇筑。

五是基础不稳导致的，这种情况是施工的全过程控制，首先是需要从各方面进行沉降控制，避免出现过大的沉降问题。

六是材料问题，比如说水泥钢筋，再比如说骨料，还有材料的级配等问题，这些问题都会对刚构梁的结构造成一定的影响。在这方面，可以考虑使用现在比较先进的环保节能新材料。

七是超载问题的影响。

八是支座问题，因为在设计的过程中有的会没有注意横向支座固定的情况，固定的横向支座很容易导致底板出现开裂的情况。

针对工程完工后的裂缝控制，可以从以下几个方面进行：一是为了减少箱梁裂缝的进一步扩大，可以对腹板混凝土加大约束，从而增强腹板的刚度的同时，也能够增强腹板的抗承载能力。除此之外，也可以采取钢板固定在腹板内侧的措施。二是可以采用比较高的抗拉强度材料，比如说环氧树脂，再比如说玻璃钢等固定在混凝土的受弯部位以及受剪部位，并使其形成一个有机的整体，这样也能够有效的对裂缝进行约束，避免出现进一步的扩大。

四、箱梁底板崩裂预防措施
（一）设计方面建议

在设计方面的预防措施主要可以从以下几个方面进行着手：一是尽量分散预应力筋的布置，避免出现预应力集中的情况，如果有条件的话尽量将预应力筋靠近腹板，从而达到径向压应力平衡的作用；二是充分考虑张拉纵向预应力的作用，在必要的情况下，可以在底板上布置横向的预应力束；三是要加强钢筋的布置，如防崩钢筋、防裂钢筋网片的设置，尤其是在特殊的部位，比如曲线段，再比如应力集中区域等；四是可以在跨中加设横隔板或加劲肋，以使底板承受的径向力传递给整个箱梁截面，可有效防止底板混凝土的失稳崩裂。
（二） 施工方面建议

在施工过程中，应该严格控制误差，特别是弯曲段模板的铺设，以避免出现折角点；同时，应按照设计要求布置波纹管定位筋，确保波纹管在水平方向不出现折角点；此外，还应按照设计要求安置防崩钢筋，以保证底板上下层钢筋为一个整体，达到防崩要求；最后，在每一车混凝土浇捣前，应对其性能及质量进行严格检查，以确保施工质量。为了确保每辆车的混凝土都符合要求，我们必须采用合理的振捣方法。在进行张拉之前，我们必须确保混凝土的强度和弹模达到设计要求，如果没有达到这些要求，我们就不能进行张拉。此外，所有的张拉机具都必须经过标定，否则不能使用。

（三）箱梁底板崩裂后的处理措施

根据以往的类似工程的施工经验，箱梁底板崩裂的解决办法包括：首先，在未受影响的底板处，采取千斤顶加固措施，以防止因预应力的作用而导致其他部分的破坏；其次，在崩裂的混凝土块上，凿出一个宽2m、长3米的长条形孔洞；最后，在底板凿出的孔洞内，安装上下层的钢筋，并采取U型筋将波纹管固定，以确保结构的稳定性。在底板的上下两层之间，应该留出15*15cm的空隙，并使用电焊将它们牢固地联系起来。

结束语：

大跨径预应力混凝土桥底板的崩裂，这不仅仅是由于设计上的缺陷，也受到了施工上的影响。为了确保施工质量，我们必须严格遵守尊重科学的规定，特别是在铺设底模板、安排预应力管道和安装曲线段底板的防崩钢筋等环节，必须加强管理。

参考文献：

[1]JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范.

[2] 张新志.预应力混凝土连续刚构桥底板崩裂成因及处理方案.河北科技师范学院学报，2010（6）：24-2.

[3] 郭丰哲，钱永久，李贞新.预应力混凝土连续刚构桥合龙段底板崩裂原因分析.公路交通科技，2005（10）：22-10.