连续刚构桥腹板开裂问题及处理办法

陈 巍

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041)

连续刚构桥腹板开裂问题及处理办法

陈 巍

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041)

连续刚构桥腹板开裂主要由温度变化、混凝土的收缩徐变、材料、预应力损失、施工方法引起的。本文根据已有的文献，在这五种主要原因的基础上分析了连续刚构桥的腹板开裂问题并提出了防治办法。

连续刚构桥；腹板开裂；防治办法

1 引言：

连续刚构桥是当今国内外应用十分广泛的一种桥梁结构。连续刚构桥有两种形式：主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续刚构桥，两种形式采用的结构形式主要是预应力混凝土结构，他们都有两个以上的主墩，主墩和主梁之间采用的是墩梁固结体系。连续刚构桥有很多优点[1]，它不仅具有连续梁桥和T形刚构桥的共同优点，而且与普通连续梁桥、T形刚构桥等同类型的梁桥相比连续刚构桥还具有自身独特的优势。连续梁多跨刚构桥保持了连续梁桥上部构造属性，不仅其跨越能力很大，而且还具有施工简单，行车舒适，养护简便，造价低等优点。多跨连续刚构桥的主要特点是它在主跨的跨中设置一个铰，而其边跨仍为连续体系，利用边跨连续梁的重量可以将T梁做成不等长的悬臂结构，这样可以增大主跨的跨径。

但随着连续刚构桥的大量使用，它的一些不利特点也开始显现出来。随着桥梁使用年数的增加，其腹板位置易出现开裂情况[2-3]。这不仅给桥梁的后期维护带来了极大的困难，更存在着严重的安全隐患。所以对于连续刚构桥的腹板开裂研究是一个很重要的桥梁课题。国内的研究学者已经对腹板开裂做了许多研究，本文根据这些研究基础上对连续刚构桥的腹板开裂问题进行了分析总结，并给出了一些合理的防治措施[4-5]。

2 裂缝产生的原因：

2.1材料影响

材料对于连续刚构桥腹板开裂影响很大。在对腹板开裂的连续刚构桥做检测时发现，有相当一部分桥梁都是因为混凝土配合比、坍落度设计不合理或者水的使用量过大，这些都会使混凝土产生开裂[6]。在浇筑腹板时，为了增加混凝土的流动性，往往会加大混凝土的含水量，在泵送混凝土过程中会出现局部区域骨料过多或者过少现象，此时混凝土脱水后就会出现骨料不均匀而产生裂缝。这些都是由材料引起的腹板开裂原因。

2.2温度影响

由温度变化引起的腹板开裂问题是不可避免的。由于桥梁处在的环境中早晚、冬夏温差大，在桥梁结构上会产生较大的温度梯度，由温度梯度引起的温度应力会在连续刚构桥腹板位置产生较大的附加弯矩从而产生不均匀变形[7]。这是引起腹板开裂一个十分重要的原因。另外箱梁内部吸热和散热能力相对于桥面板都很慢，这就造成桥面板横向收缩膨胀及箱梁内壁与外壁温差较大，使腹板内外板面产生附加拉压应力，这也给腹板造成了额外的负担，长时间作用也会引起腹板开裂。最后混凝土浇筑初期，混凝土的水化热也会造成混凝土内外部较大的温差，从而产生较大的温度应力导致腹板开裂。

2.3土的收缩徐变影响

混凝土浇筑后会逐渐脱水硬化，混凝土中会留下细小的裂缝，随着时间推移裂缝逐渐变大，这也是连续刚构桥腹板开裂的一个重要原因[8]。混凝土徐变也会造成混凝土开裂情况，长时间的徐变会在混凝土内部产生附加弯矩[9]，徐变产生的附加弯矩与温度梯度产生的附加弯矩一致，它对腹板的作用主要是增加其剪应力。

2.4预应力损失

预应力损失是造成连续刚构桥腹板开裂最主要的原因。随着桥梁使用年限的增加，最初加载在预应力钢绞线上的初始预应力会因种种原因损失一部分，桥梁使用年数越长，预应力损失越严重。预应力的损失必然会造成钢绞线的松弛，腹板上的有效预加应力逐渐减小，混凝土也随之开裂。

3 腹板开裂的防治：

3.1设计方面

对连续刚构桥的腹板开裂防治首先得从桥梁的设计入手[10]。首先，要改善连续刚构桥的高跨比。高跨比是影响桥梁刚度的一个很重要的参数，设计时适当考虑增大其高跨比来提高桥梁的整体刚度。其次，减小连续刚构桥抛物线次数、优化线性，对于防止腹板开裂很有帮助。最后，设计时我们可以通过增加顶板负弯矩区预应力钢束和增加中支点区的底板厚度来减小由温度梯度和混凝土收缩徐变引起的附加弯矩。

3.2材料选取方面

选取材料时应严格控制，使用的骨料中不应含有碱性或氯离子等对预应力钢束腐蚀较大的离子[11]。在对混凝土配合比设计时，应严格控制用水量。水灰比和塌落度对混凝土的开裂影响较大，不能为了增加混凝土的流动性而增大用水量。总之，配合出来的混凝土应满足规范要求。

3.3温度方面

为了减小由温度应力引起的开裂情况，可以从温度控制方面进行着手[12]。比如，选取级配良好的骨料，使用干硬性混凝土，在混凝土配合设计时加入引气剂，适当减少水泥的用量等能有效减小温度应力。另外，在桥梁的后期养护过程中，在腹板位置使用保温材料防护从而减小温度梯度引起的腹板开裂。

4 结论：

连续刚构桥是一种应用极为广泛的桥梁结构形式，大跨度预应力混凝土连续刚构桥已成为目前国内外大跨桥梁主要采用的结构形式之一。随着桥梁施工水平的不断提高，研究者对混凝土收缩、徐变、温度变化、预应力损失作用等因素所引起的结构内部附加内力的研究日益加深，连续刚构桥腹板开裂问题将会越来越少。这不仅大大提高了桥梁的使用年限和安全性，更为桥梁养护节约了一大笔资金。所以分析连续刚构桥的腹板开裂原因并提前做出防治措施具有很重要的意义。

[1] 马保林,高墩.大跨连续刚构桥[M].北京人民交通出版社,2000,28(21)：18-23.

[2] 姜扬剑,李亮亮.大跨径连续梁腹板下弯束与腹板斜裂缝探讨[J].公路交通技术,2009(5)：90-93.

[3] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社,1988．

[4] 刘山洪,钱永久.PC箱梁桥腹板裂缝的控制研究[J].重庆交通学院学报,2005,24(4)：19-22．

[5] 王勇.某连续刚构桥病害分析及加固方法的研究[J].山西建筑,2007,33( 31)：314-315.

[6] 刘小燕,龙浩军,韦成龙,等.公路PC箱梁腹板裂缝成因与混凝土应力限值研究[J].桥梁建设,2006(2)：14-17.

[7] 崔琨.某连续刚构箱梁开裂原因与加固设计研究[J].四川建筑,2012,32(2)：151-153.

[8] 瞿有成,陈湘林.箱梁腹板竖向预应力施工质量控制[J].中外公路,2002,22(5)：105-107.

[9] 冯鹏程.连续刚构桥设计关键技术问题的探讨[J]桥梁建设,2009(6)：46-49.

[10] 楼庄鸿.论预应力混凝土梁桥的裂缝[J].公路交通科技,2000,17(6)：49-52.

[11] 李海军,李军.连续梁桥预应力箱梁腹板裂缝成因浅析[J].华东公路,2000(3).

[12] 万国朝,黄邦本.预应力混凝土桥梁分段施工和设计[M]..北京：人民交通出版社,1984.

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1007-6344（2017）05-0069-01