大跨度混凝土連續(xù)梁橋的病害成因分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大跨度混凝土連續(xù)梁橋的病害成因分析連續(xù)體系橋梁又可以分為連續(xù)梁橋與連續(xù)剛構(gòu)橋，但是由于兩者在跨越能力、受力特點與施工方法上較為接近，因而表現(xiàn)的病害形式也具有一定共性。在我國，對于單跨跨度超過60 m的混凝土連續(xù)橋梁，經(jīng)常采用滑移支架或掛藍逐段澆筑成形，利用這兩種方法施工的橋梁不僅施工過程中的結(jié)構(gòu)體系與成橋時有明顯區(qū)別，而且在施工過程中結(jié)構(gòu)體系、荷載類型與量值等反復(fù)變化，加之施工周期較長，不確定性因素多，因而在大跨度混凝土連續(xù)橋梁上出現(xiàn)了變形過大、混凝土開裂等病害現(xiàn)象。相關(guān)單位對180座已經(jīng)出現(xiàn)病害的該類橋梁進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)該類橋梁病害現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為此，針對國內(nèi)數(shù)

2、十座出現(xiàn)病害橋梁的相關(guān)資料進行了分析，進一步總結(jié)了病害在時間與空間上的發(fā)展規(guī)律與趨勢，分析了病害形成機理，提出若干控制病害發(fā)生的措施。1、跨中撓度過大與腹板斜向開裂大跨度連續(xù)體系橋梁的長期變形一般較大，在我國的橋梁設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：當(dāng)預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致的長期變形小于結(jié)構(gòu)自重以及部分活荷載導(dǎo)致的長期變形時，需要事先設(shè)置一定的預(yù)拱度來抵消這種變形，從而保證橋梁長期運營后的線形平順。但根據(jù)報道，我國大量該類橋梁在建成通車一段時間后，跨中出現(xiàn)嚴(yán)重的梁體下?lián)?，L/4跨徑附近的箱梁腹板出現(xiàn)斜向裂縫，橋梁線形不順，剛度降低，給行車帶來麻煩，造成安全隱患(見表1)。從表1可見，出現(xiàn)撓度過大的預(yù)應(yīng)力橋梁一般具有以下幾個特

3、點：a橋梁實際撓度一般遠遠大于按照規(guī)范計算的預(yù)測值，表2為國內(nèi)某咨詢單位對多座橋梁長期變形計算得到的預(yù)測值，對比表1與表2可見，主跨在120230m之間跨中撓度最大值不超過8cm，而實測值均在16cm以上；b.撓度過大與腹板斜向裂縫具有共生性，即在出現(xiàn)撓度過大的橋梁無一例外地出現(xiàn)腹板開裂現(xiàn)象，部分橋梁也出現(xiàn)底板橫向裂縫與縱向裂縫；c大多數(shù)橋梁L/8到3L/4之間腹板斜向裂縫呈現(xiàn)上寬下窄特征，位置靠近腹板的上托板，裂縫與水平夾角一般為1535，靠近跨中部位腹板裂縫則基本呈水平形狀。少數(shù)橋梁的腹板斜向裂縫從錨固齒板后底板處產(chǎn)生，并逐漸向上發(fā)展，一直到達翼板，裂縫呈現(xiàn)下寬上窄的特征，裂縫與水平夾角一

4、般為3548；d出現(xiàn)病害的橋梁一般為變截面形式，少數(shù)為等截面，無一例外地采用掛籃節(jié)段法施工，橋梁預(yù)應(yīng)力主鋼筋采用分段配筋形式，靠近支座附近在頂板與腹板布置懸臂索，跨中在底板內(nèi)布置連續(xù)索，連續(xù)索一般錨固在跨長的L/8到L/4之間；e根據(jù)部分橋梁的跟蹤監(jiān)測，腹板斜向裂縫的寬度一般夏季大于冬季，最大可以增加20%；f撓度過大與腹板斜向裂縫一般在橋梁運營45年后顯現(xiàn)，腹板斜向裂縫一般先在L/4附近出現(xiàn)，逐漸向跨中發(fā)展，個別橋梁繼而跨中底板出現(xiàn)橫向裂縫；g個別橋梁下?lián)犀F(xiàn)象在運營幾年甚至十幾年后基本呈線性持續(xù)發(fā)展，沒有穩(wěn)定的趨勢。如虎門大橋輔航道橋在1997年到2003年為期7年的跟蹤監(jiān)測中就發(fā)現(xiàn)跨中下?lián)?/p>

5、為26cm，折合跨徑為1/1038，遠遠超過原先的預(yù)留值10cm，而且下?lián)咸幱诔掷m(xù)發(fā)展當(dāng)中，沒有出現(xiàn)穩(wěn)定趨勢。2、箱梁底板開裂與剝離大量的普查發(fā)現(xiàn)，采用單懸臂轉(zhuǎn)連續(xù)、掛籃懸臂平衡法施工的連續(xù)梁與連續(xù)剛構(gòu)，在橋梁施工與運營過程中底板極易出現(xiàn)多種病害形式：1)底板錨固齒板后端的橫向裂縫與斜向裂縫。對于節(jié)段施工的橋梁，在橋梁運營一個時段后，底板上錨固跨中連續(xù)索的齒塊后端會出現(xiàn)橫向與斜向裂縫。某大橋的南北引橋連續(xù)箱梁，在運營六七年后在箱梁底板預(yù)應(yīng)力錨固齒板后端出現(xiàn)橫向裂縫，而后從底板與腹板交界處沿45。方向在腹板上向上擴展。經(jīng)過系列研究，該類型的裂縫產(chǎn)生機理已經(jīng)基本清楚：主要是因為齒板錨固集中力與外荷

6、載整體彎矩在齒板后端產(chǎn)生了耦合，但是許多橋梁設(shè)計計算中忽略了集中力導(dǎo)致齒板后端的拉應(yīng)力，因而計算拉應(yīng)力遠遠小于實際拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致了裂縫的出現(xiàn)。2)對于采用移動式模架逐孔現(xiàn)澆法施工的多跨連續(xù)梁，在單懸臂狀態(tài)下進行底板縱向預(yù)應(yīng)力張拉時，經(jīng)常引發(fā)底板的縱向裂縫，裂縫一般從懸臂端產(chǎn)生逐漸向橋墩擴展12 m左右。這類裂縫目前已經(jīng)在多座采用滑移模架施工的連續(xù)梁橋上陸續(xù)出現(xiàn)，為此許多學(xué)者分別進行了專項研究，基本搞清楚了導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的力學(xué)機理：由于在澆筑下一個梁段時，后端需要臨時錨固在前期施工的懸臂端頂板與底板上，因而在底板腹板位置以及底板橫向形成集中力，加之縱向預(yù)應(yīng)力索在懸臂端腹板上需要臨時錨固后接長，因

7、而在懸臂端腹板上形成若干縱向集中力的作用。集中力以及梁體自重在懸臂端的橫向框架效應(yīng)會在底板橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力、而預(yù)應(yīng)力的深梁效應(yīng)也會在底板形成拉應(yīng)力，這兩種拉應(yīng)力單獨或疊加后超過混凝土抗拉強度后，懸臂端底板就會沿縱向形成裂縫。3)底板跨中合龍段的縱向裂縫與剝離破壞。對于節(jié)段施工的大跨度變截面預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，合龍段的底板經(jīng)常在合龍索張拉過程中出現(xiàn)多種嚴(yán)重破壞現(xiàn)象：一種是在合龍段底板沿順橋向出現(xiàn)肉眼可見的縱向裂縫；第二種破壞就是從底板厚度方向來看，在預(yù)應(yīng)力管道中間位置，也就是水平面積最小的位置形成大面積水平裂縫，上下分層，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致混凝土剝離；第三種破壞形式與第二種破壞形式基本相同，但是分層位置

8、位于預(yù)應(yīng)力管道的上部。目前這些破壞形式的產(chǎn)生機理已經(jīng)基本明確：預(yù)應(yīng)力筋的空間效應(yīng)以及泊松比效應(yīng)應(yīng)該是導(dǎo)致第一種與第二種形式破壞產(chǎn)生的主要原因，即底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋在豎直面內(nèi)布置為拋物線形的曲線，加上底板預(yù)應(yīng)力索定位偏差導(dǎo)致的局部曲率，從而縱向預(yù)應(yīng)力會對底板產(chǎn)生向下的徑向分力，由于現(xiàn)在箱梁底板一般較寬，在橫向底板可以看成彈性支撐在腹板上的受彎梁，此徑向力與自重等共同作用下其下表面必然會產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而形成縱向裂縫，同時在縱向徑向力作用下預(yù)應(yīng)力管道之間混凝土?xí)a(chǎn)生垂直于底板的拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度，底板將沿管道截面積削弱的部位向下崩裂，形成上下分層 J。而第三種破壞形式相對復(fù)雜，它經(jīng)

9、歷了由局部剪切破壞向整體分層破壞的發(fā)展與變化過程，即從縱剖面上看每個節(jié)段都有部分連續(xù)索在接縫部位向上彎折并錨固到齒板上，從而在接縫位置形成向上的集中力，而其他預(yù)應(yīng)力索繼續(xù)按照拋物線走向通過接縫，從而形成向下的荷載；從接縫的橫剖面上看，向上的荷載與向下的荷載形成一對剪力，一旦剪力導(dǎo)致的剪應(yīng)力超過混凝土抗剪強度，從而在底板局部形成斜向裂縫，斜向裂縫一旦形成后在連續(xù)索向下徑向力作用下發(fā)生沿預(yù)應(yīng)力管道上部向橫向與縱向擴展，從而形成橫向邊緣寬、中間窄的水平裂縫。3、病害的控制措施與應(yīng)用底板的分層破壞經(jīng)常發(fā)生在施工期，而腹板斜裂縫是典型結(jié)構(gòu)性裂縫，因此近期為控制這兩種裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)計與施工中提出了多種控

10、制措施?，F(xiàn)在普遍認為底板作為普通混凝土結(jié)構(gòu)在徑向力作用下容易發(fā)生開裂，因此需要在底板上下層鋼筋網(wǎng)之間設(shè)置豎向勾筋來防止分層開裂的出現(xiàn)。單根勾筋的面積A。一般按照下式進行計算：式(1)中：q為預(yù)應(yīng)力筋的等效徑向力； 為縱向梁段s范圍內(nèi)勾筋的總排數(shù)；為底板預(yù)應(yīng)力筋影響范圍內(nèi)單排箍筋數(shù)；為底板分層破壞時允許力，對于錨固長度滿足規(guī)范要求的拉筋，取鋼筋設(shè)計值，當(dāng)不滿足長度要求時需要適當(dāng)折減。有時為了進一步增強勾筋的效果，設(shè)計單位會在跨中23個節(jié)段的接縫處設(shè)置矮肋，將U型箍筋一端套住預(yù)應(yīng)力管道，另一端可靠的錨固至矮肋中。對于腹板斜裂縫，現(xiàn)在普遍的控制手段是：增加腹板厚度來綜合考慮難以計算的溫度效應(yīng)與混凝土

11、疲勞效應(yīng)，在腹板關(guān)鍵部位選用抗裂性能優(yōu)越的鋼纖維混凝土或根據(jù)局部應(yīng)力的計算結(jié)果適當(dāng)加密腹板的箍筋來增強腹板的抗裂性能，將豎向筋配置成U型或?qū)|板做成整體錨固板來提高豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的可靠性等。在泰州大橋預(yù)應(yīng)力橋梁中除加大了腹板厚度，還采用精細化結(jié)構(gòu)分析來指導(dǎo)箍筋的配置。通過計算發(fā)現(xiàn)，除豎向預(yù)應(yīng)力可以導(dǎo)致腹板豎向應(yīng)力，其他作用也可以導(dǎo)致腹板出現(xiàn)34 MPa豎向拉應(yīng)力，23 MPa的剪應(yīng)力，因此采用腹板豎向應(yīng)力只考慮豎向預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的主應(yīng)力計算模式會引起較大誤差。為此，在該橋中采用了綜合考慮錨固局部效應(yīng)、橫向預(yù)應(yīng)力、自重等橫向空間效應(yīng)的腹板主應(yīng)力計算公式：式(2)中：是腹板縱向應(yīng)力；分別是豎向預(yù)應(yīng)力、

12、頂板錨固、腹板錨固、頂板橫向預(yù)應(yīng)力張拉、頂板自重、活荷載偏載、溫度等導(dǎo)致腹板產(chǎn)生的豎向應(yīng)力；，是齒板錨固導(dǎo)致腹板剪應(yīng)力。在該計算模式下對腹板主應(yīng)力進行了詳細計算，并在主應(yīng)力計算結(jié)果的基礎(chǔ)上進行了詳細的配筋設(shè)計，較傳統(tǒng)設(shè)計增加了箍筋的配置量。4、結(jié)語大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁目前存在跨中撓度過大、腹板斜向開裂、底板橫向裂縫、底板縱向裂縫以及底板上下分層等多種典型病害形式，盡管國內(nèi)外學(xué)者開展了多種形式的科學(xué)研究，某些破壞形式的機理已經(jīng)清楚，也提出了相應(yīng)的防治措施，但是由于機制與理論問題，應(yīng)該在以下方面采取進一步措施：1)加快研究成果向設(shè)計規(guī)范轉(zhuǎn)化步伐。盡管有些破壞形式的機理已經(jīng)清楚，也有相應(yīng)的防治措施，但是由于研究成果往往局限在部分地區(qū)，部分科技人員、設(shè)計人員一般都嚴(yán)格