对有纵缝病害的20m预应力混凝土箱梁

刘一鸣 魏德智

摘要：本文通过对带有纵缝的20m预应力混凝土箱梁进行静载试验，并对试验结果进行了理论分析，得出了该试验方法简便易行，能够充分评估带纵缝缺陷小箱梁整体受力情况的结论，可以为同类桥梁检测评估工作提供有益借鉴。

关键词：裂缝 试验方案评估

中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：

1 引言

小箱梁因其优良的截而特性而得到广泛的应用。但在实际应用中也出现一些问题，其中分布在腹板上的纵向裂缝最为突出，对小箱梁的质量影响也较大。笔者在对某高速公路的质量检查中，就发现预制的个别20m小箱梁腹板出现纵向裂缝。木文结合此次裂缝的静载试验方案，对小箱梁纵向裂缝的发生原因、对梁整体受力的影响及处理措施进行一些探讨。

出现纵向裂缝小箱梁所用的桥梁上部结构为装配式先简支后连续预应力混凝土连续箱梁。横截面半幅由4片箱梁组成，箱梁间距3.0m，桥面横坡在墩台上调整，箱梁水平放置，桥梁结构形式采用多箱单独预制、简支安装、现浇横向接头、纵向接缝的先简支后连续形式，预制箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计，即在使用荷载作用下，箱梁可以出现拉力，但最大拉力应小于混凝土抗拉强度，不得出现裂缝。

预制箱梁混凝土设计标号为C50，纵向预应力钢绞线为符合ASTM A417—97标准的高强度低松弛钢绞线。预制简支箱梁时，设计要求箱梁混凝土达到设计强度的90%时方可张拉预应力钢绞线。

目前已预制完成的部分箱梁腹板（距梁底约20～30cm范围内）存在纵向裂缝，初步判断为施工时腹板内的波纹管定位不准以及施工工艺处理不当所致；另外在梁端部底板中间存在竖向裂缝。为了判断该裂缝对结构整体受力的影响，需对情况比较严重的一片梁进行简支状态下的静载试验。

2 试验方案

为了准确评价该桥整体承载力情况，特制定静载试验方案如下，主要工作包括两方面内容：

1）桥梁检查：对试验梁的梁体顶板纵向裂缝进行检查，描绘其出现的具体位置，为荷载试验布置测点做前期准备，并检查是否有其它病害出现；

2）静载试验

本次静载试验既包含了常规的测试内容，又包含了不同于常规的裂缝检测试验，并且需针对裂缝的出现位置，根据结构受力特点布置应变及位移测点，具体测试内容如下：

① 跨中截面应变沿截面高度的分布，获得截面的中性轴高度及应变沿截面高度的分布关系，据此可判断裂缝对其整体受力的影响；

② 同一截面裂缝两侧应变，根据两者的差值来判断裂缝两侧结构是否协同受力；

③ 试验荷载作用下，结构裂缝两侧是否存在相互错位；

④ 梁体挠度测试，评定裂缝的出现对结构刚度的影响。

3 静载试验

3.1测试截面及测点布置

1、结构应变测试测点布置

本次试验除布设常规的跨中截面外，还布设了相应的纵缝测试截面；其中在跨中截面沿梁高两侧面各布置5个表面钢弦传感器，表面钢弦传感器沿梁纵向布置见图1，沿梁高布置见图2。在跨中截面沿梁高两侧面各布置5个表面钢弦传感器（共计10个传感器），表面钢弦传感器沿梁纵向布置见图1，在跨缝处共布置8个表面钢弦传感器，表面钢弦传感器的布置见图3。

图2钢弦传感器在跨中截面上的布置（单位：mm）

图3 跨缝测点布置图(单位：cm)

2、挠度测点布置

为测试加载过程中跨中截面挠度值，在两支点位置、跨中截面两侧均设置下挠测点，利用百分表测量各点的下挠值。

3、加载图示

实际加载过程中，采用两点集中加载方式，加载点距梁中心距离0.75米，加载图示见图4。

4、加载方式

根据理论计算结果，简支状态下箱梁跨中截面使用弯矩为1047kN.m，用两个集中荷载等效加载时，所加荷载P值为118.3kN，限于现场实际情况，加载方式采用重物加载，在两集中荷载作用点处先放置横桥向枕木，在枕木上搭设纵向枕木，使纵向枕木成为加载平台，在平台上放置钢绞线、钢筋等重物，所加重物总重为236.6KN。

5、荷载分级

为保证加载过程中结构的安全以及测试的需要，整个加载过程共分4级，每级荷载大小分别为73KN、135KN、194KN、236.6KN，每级荷载加载完毕后，均持荷3分钟以上再采集数据。

4测试结果分析

4.1、挠度

将跨中左、右侧实测挠度平均，画出跨中实测挠度与荷载的关系如图5所示。

图5 跨中实测挠度—荷载曲线图

从图5可以看出：

（1）、在各级荷载作用下，板梁的跨中挠度与荷载的线性关系良好。

（2）、各挠度测点挠度卸载残余很小，相对残余满足试验规范的要求，说明结构处于整体弹性工作状态。

（3）、实测跨中最大挠度为8.932mm,小于理论计算值10.6mm。挠度校验系数为0.843，满足规程中预应力混凝土桥挠度校验系数在0.6～1.0之间的要求；

（4）、实测跨中最大挠度为8.932mm,实测挠跨比为1/2150，小于规范设计值1/600，结构刚度满足设计（规程）要求。

4.2、跨中截面应力（应变）

表2跨中截面应变测试结果

将跨中截面两侧对应测点的应变进行平均以消除斜弯曲的影响，图6给出了跨中截面实测应变沿截面高度的分布情况。

图6 跨中截面实测应变沿截面高度的分布

从图6可知，跨中截面应变沿截面高度分布的线性相关系数为0.9995，截面应变沿截面呈良好的线性分布，说明截面变形基本符合平截面假设；

梁的实测中性轴高度为62.2cm，与理论中性轴高度62.0cm非常接近；

最大级试验荷载作用下，跨中截面实测平均应变最大为102.7，理论应变为199，应变校验系数为0.516，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（以下简称规程）中预应力混凝土桥的应变校验系数在0.5～0.9之间的要求；

在最大级试验荷载作用下，经仔细检查跨中附近梁体下缘未发现受力裂缝出现，说明结构预应力度满足受力要求；

实测截面主要应变测点卸载残余较小，相对残余满足试验规范的要求，说明结构截面变形处于弹性工作状态。

4.3、纵缝测点应变测试

表3给出了各试验加载级作用下，梁纵缝两侧测点的实测应变情况。根据表3的实测应变，绘出一级、二级、三级、四级荷载时裂缝两侧测点的实测应变对比分别如图8－11所示。

表3 纵缝两侧测点的实测应变

注：表格内数字单位为με。

分析表3中数据可知，纵缝两侧测点多数的相对残余较大，这主要是因为：加载时间相对较长，温度变化等环境因素的影响较大，另外，与裂缝出现后，裂缝附近局部应变分布较为杂乱也有一定的关系。从裂缝两侧多数测点实测应变的差异较小的这一现象分析，目前裂缝仅为表层裂缝。

在各级荷载作用下，裂缝两侧结构层间没有发生明显的错动，在各级荷载作用下裂缝长度没有发生明显的扩展。

综合以上实测情况可以推断，目前该片梁梁体腹板存在的纵向裂缝对梁体截面的应变分布产生了一定的影响，但这种影响仅为局部影响；梁体的纵向裂缝目前尚未贯通梁体的长度，即尚未真正的通长。应该说纵向裂缝目前对梁的影响仅限于局部，对梁的整体受力尚未构成威胁。

为观测裂缝情况，试验前，在梁端底板竖缝处及跨中底面表面用石膏粉涂白。梁端底板竖缝在试验荷载作用下，用放大镜进行了裂缝观测，试验加载过程中裂纹没有扩展；跨中截面在试验荷载作用下，在梁的跨中纯弯段附近，用放大镜进行了裂缝观测，试验加载过程中没有横向裂纹产生。

5、结束语

通过以上实验过程和分析，可以得出以下结论：

1、箱梁在设计荷载作用下最不利截面应力、关键部位的位移实测值均小于理论计算值；

2、桥梁抗裂性满足正常使用要求；

3、桥梁刚度满足设计要求；

4、充气内模对梁体承载能力没有影响，梁端底板竖缝及腹板纵向裂缝对梁的影响仅限于局部，对梁的整体受力尚未构成威胁；

5、受检梁体承载能力满足公路—Ⅰ级的正常使用承载能力要求。

为了保证梁体运营后的耐久性，建议对梁端裂缝以及梁体纵向裂缝用环氧树脂进行注浆封闭处理。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。