预应力混凝土连续刚构箱梁桥裂缝病害分析

马金宝 杨荣栋

【摘要】为了减少桥梁裂缝的影响，本文从现浇梁支架的使用开始，从多个方面对预应力混凝土连续刚构箱梁桥裂缝病害进行分析和阐述。

【关键词】预应力；混凝土；裂缝；病害

中图分类号：TU378文献标识码： A

一、前言

由于预应力混凝土连续箱梁具有稳定性良好、具有较高的抗扭强度等优点，在现在的桥梁施工建设中得到了广泛的使用。但是由于现在许多混凝土梁桥都出现了裂缝，并且裂缝有逐步扩大之趋势，严重影响了正常的交通，因此，我们需要对其进行分析，以便减少灾害的发生。

二、现浇梁支架的使用

在桥梁施工的过程中，现浇梁支架的稳定性等会对桥梁体的质量与外观产生直接的影响，成为影响现浇梁施工质量的第一个要素。当前常用的做法是通过使用万能网与脚手架做成满堂脚手架的方法来完成。这一方法需要地基基础表面需要非常的坚实和平整。在进行搭建的过程中，需要特别注意做好支架垂直度的调整。通过对支架的刚度、支架韧性的准确计算来进行施工。

1.现浇梁支架的注意事项

在进行混凝土浇注的时候，不均匀的分布时会造成支架的检算不利，在施工的时候附加预应力出现的附加变形，也会对支架的稳定性等产生不利的影响。

2.强度等荷载的检算

在进行强度检算的时候，检算的荷载主要有：支架自身的重量、模板自身的重量、梁体自身的重量、施工时产生荷载、进行混凝土浇注时产生的冲击荷载等。对于多跨连续梁支架，需要对基础沉降的影响系数做好全面的考虑。对于稳定性的检算，要求做好模板与支架的迎风面积、支架的高度、风压等因素的考虑。

三、大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠成因分析

1.混凝土非均匀收缩分析

混凝土收缩、徐变是引起结构长期变形的重要因素之一，同时也会引起结构内力的重分布。自收缩、塑性收缩、干燥收缩和碳化收缩是混凝土收缩的四种主要类型。其中混凝土结构收缩变形的主要因素来自于干燥收缩与自收缩。干燥收缩是混凝土停止养护后，置于未饱和空气中的混凝土因失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生体积改变的不可逆收缩。自收缩是指在初凝后水化时产生的表观体积减小现象，它不包括自身物质增减、外部加载、温度或约束变化而引起的体积变化。

现有的收缩预测模型中构件理论厚度均以表面积周长比或体积表面积比来计算，从而以此作为干燥收缩计算中的重要参数。与此同时，将箱梁各部位的有效厚度平均进行箱梁结构的计算，忽视了不均匀收缩对箱梁截面产生的影响。另外，处于自然环境中的实际结构，其收缩发展受外界温度及湿度交替变化影响显著。而现有模型仅考虑了固定温、湿度条件下的收缩变形，导致与实际情况偏差较大。

2.由于梁体开裂导致的结构刚度衰减分析

箱梁腹板斜裂缝是大跨预应力混凝土箱梁桥在运营期内的常见病害形式，随着服役年限的增加，严重威胁结构安全和使用寿命。同时，斜裂缝开展对挠度的影响只反映在经验参数上，尚缺乏完整的系统研究。

箱梁腹板开裂后，引起开裂处剪切刚度明显减弱，进而使得结构整体刚度显著下降。为分析腹板开裂情况对主梁结构整体刚度的影响，选取某大跨度预应力混凝土箱梁桥进行分析研究，首先分别定义了线弹性和非线性两种模型，在同等荷载水平条件下比较两者整体刚度差异。其中线弹性模型是指将开裂区段混凝土结构定义为线弹性材料，而不考虑混凝土开裂以及材料非线性对结构整体刚度的影响。采用线弹性与非线性模型的大跨度预应力混凝土箱梁桥跨中挠度进行对比。当λ<λcr，时，即：腹板混凝土开裂前，两者变形计算结果差别较小，且非弹性挠度增量速度较快；当λ>λcr 时，即：腹板混凝土开裂后，两者的差别随着变形增加而加大，非弹性挠度增量速度相对开裂前有所减慢。

四、结构的作用效应

由于现如今的科学技术的限制，对于分析和理论的手段都比较缺乏，结构在比较确定的作用下的作用效力可以比较安全的确定其具体参数，这已经被众多现场人员所确定。

但在国内现行的预应力混凝土连续刚构桥的设计实践中，由于平面杆系结构分析和三维实体结构分析之间计算量的巨大差别，使得一般在结构静力分析时，均将结构简化为平面杆系结构模型而只进行平面分析，并未考虑混凝土薄壁箱梁的空间整体效应对其进行三维空间分析。如果箱梁顶板的预应力不能够得到有效的保障，那么在桥梁的运营阶段将会对结构造成巨大的影响，由于各种因素的影响，箱梁顶板跨中的板底将会出现许多纵向的裂缝。

除此之外，操作规范对于预应力锚下局部承受区这一个受力情况极其复杂的区域，并没能够有详细的分析方法。由此可能造成因为锚下局部抗裂的能力不足，造成锚下的混凝土产生裂痕。

五、预应力混凝土箱梁桥施工裂缝的修补

为了提升预应力混凝土箱梁桥施工的质量，避免由于裂缝的产生对桥梁寿命的影响，需要做好已有桥梁裂缝的处理工作。可以使用日本一桥梁建设公司研发的BICS 方法，对桥梁裂缝进行处理，这一修补方法所使用的修补材料是BL—GROUT，他的力学参数为：抗压能力大于50MPa，材料的抗剪能力大于10MPa，材料的抗压弹性模量大于1000MPa，这种修补材料有着明显的优势：首先具备了优秀的柔韧特性，在固化之后，仍然具备一定的韧性，保证了再裂缝受到冲击时，仍具备非常好的粘结力。优秀的抗渗透能力，所需要灌注胶的黏度仅仅需要在300～500cp，既能够保证具备很强的渗透能力。非常有效的抗收缩能力。材料的超低黏度的注入材料不含稀释性溶剂，因此保证了材料在固化后不会产生收缩等问题。

瞬间固化的特点。在材料注入以后，材料的固化有两个阶段：首先材料在达到临界温度之前，材料是液态形式存在的，在达到了临界温度以后，在非常短的时间内会快速的产生固化，瞬时达到临界强度的70%。这就能够保证被修补的构建在受到震动、外力冲击的时候不会对修补的效果产生影响。

在材料硬化完成之后，因为具备了很强的化学稳定性和抗水蚀能力，不容易受到雨雪水、海水、一些酸碱溶液等物质的破坏，提升了混凝土结构的使用寿命。在进行处理的时候，通过使用合成橡胶管状注入器的自然弹性所产生的压力，把专用的高分子树脂修补材料缓缓的压入到出现的裂缝里面。橡胶管在诸如的时候，压力要保持在0.3MPa，保证修补材料能够注入到0.02 mm的混凝土裂缝的末端位置。而且这种缓慢注入的压力能够有效地降低裂缝中积存的空气造成的气阻，从而提升混凝土裂缝的修补质量。

六、预应力混凝土箱梁桥施工模板的支架

1.避免内模上浮问题

在桥梁施工的过程中经常会遇见内膜上浮的问题，内膜上浮问题对构建的截面尺寸等产生了严重的影响，在施工的过程中，可以通过在内膜的顶部增加垂直压力的办法来解决内膜上浮的问题。就是在横向的槽钢上进行钢管的栓接，让钢管抵在内模的顶板位置，槽钢的两头使用紧固螺栓进行拉緊的办法，两侧的外模钢支撑同底模固定在一起，就能够有效地防止内模上浮的问题。

2.避免内模产生左右位移

为了有效的对内膜固定，保证内膜不会偏移轴线的部位，需要使用高强度的混凝土块、方木等材料，实现对内膜和外侧模顶牢固，在进行混凝土浇筑的时候，将这些方木逐渐的去掉。

3.内模的底板使用活动板

把内膜的地板设计成为能够进行分块活动的板材，在进行混凝土浇筑的时候，将底板掀起，在混凝土浇筑完成以后，再将内膜地板放下，在固定完成之后，进行腹板混凝土的浇筑工作。没有使用活动板的情况下，如果因为施工工艺安排的问题，则会造成底板与侧板之间出现接缝，对箱梁的整体性产生不利的影响。在使用活动板之后，能够把钢筋、模板实现全部的安装和固定，一方面能够提升混凝土的浇筑质量，另一方面能够有效提升施工的效率。

结语

根据以上所述，预应力混凝土箱梁桥的施工进行中，为了减少裂缝产生的概率，施工人员在施工过程中应当严格操作规范，以减少因操作的原因造成的裂缝的发生，在裂缝发生之后，我们还应该对其进行一定的修补，以免增大裂缝的扩展，造成巨大的安全隐患。

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