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连续刚构桥箱梁底板裂缝成因和防治策略

2019-07-15苗季朋

绿色科技 2019年12期
关键词:箱梁受力底板

苗季朋

(中交第三公路工程局有限公司第四工程分公司,重庆 401100)

1 引言

连续刚构桥是交通工程中极为重要的一种形式,其所具备的优点受到了行业内的高度关注。但伴随着使用时间的延长,刚构桥也逐步暴露出了一些问题,各类病害时常发生。总结工程案例可知,箱梁底板裂缝是最为常见的现象,其对刚构桥的整体质量造成了严重影响。因此,本文则对其成因进行分析,提出可行的防范措施,确保刚构桥的耐久性。

在本文所论述的工程项目中,该公路某一区段以刚构桥为基础,由此形成连续的组合结构,各个刚构桥所构成的跨径组合为(48+95+48)m。在进行主梁部分施工时,将其设计为变截面单箱双室断面形式,将其设置为单向2%横坡。伴随着连续刚构桥使用时间的延长,其箱梁底板部分出现了不同程度的裂缝现象,从而对刚构桥的整体稳定性造成了严重影响。

2 箱梁底板裂缝成因分析

2.1 设计方面

(1)未考虑横向预应力的作用。作为重要的构成部分,箱梁底板在平面方向上会产生一定的弯曲率,在后续的预应力钢束施工时则需要以此为基础而展开。以预应力为参考,对其展开等效载荷分析,得知钢束曲率将会形成一个向下的载荷,而底板所具有的横向弯曲将会大范围地抵消此部分载荷,具体可见图1。在此情况下,若横向预应力束达不到工程要求,加之底板截面尺寸偏小,将会引发底板裂缝现象。作为桥梁的基础构件,其对应的轴向力长度将会持续被压缩,同时受材料泊松比的影响也将产生抗拉力。如果正应力的储备值超出正常范围,此时垂直方向的拉应力将会出现明显的波动,从而引发管道裂缝现象,所带来的后果较为严重[1]。

(2)受桥梁自重的影响,将会在其上部结构内产生内力,伴随着预应力值的改变,其对应的内力分布情况也存在差异。在过去的桥梁设计工作中,技术人员往往忽略了上部结构弹性内力的影响。而在如今的连续刚构桥设计过程中,则引入了更为先进的平面杆系软件,在此平台的作用下可以对结构的预应力以及结构受力情况进行分析。但受结构复杂性的影响,剪力滞效应并不具备稳定性,即便平面杆系软件的分析水平良好,也依然无法对其进行精确的模拟,最终所得的实际结果必将与理论受力情况产生差异。需要注意的是,就当前的技术水平而言,设计理论与箱梁的实际受力状态难以达到完全一致的状态,工程人员对应力的把控精度依然存在不足,因此箱梁现象已经成为一种必然的结果。

图1 底板预应力筋受力

2.2 施工方面

(1)实际施工中混凝土强度无法满足工程要求。之所以出现此现象,与施工工艺方法有着密切的关联。除此之外,如果工程工期较紧[2],将会迫使施工单位缩减各个环节之间的空档时间,有时混凝土尚未满足龄期要求便随即展开张拉预应力钢束施工,此时箱梁底板极容易出现纵向裂缝,如图2所示。

图2 箱梁底板纵向裂缝

(2)经钢束定位处理后变为了折线形。在结束预应力管道铺设后,其在梁段区域内的位置无法满足工程要求,即无法达到设计方案所提出的圆弧形钢束定位要求,此时将变为折线形,由于存在一定的折点,因此会出现应力集中现象,此区域内的应力远大于设计值,最终致使底板局部开裂。

(3)合拢时存在明显的合拢高差现象。多数桥梁均需要以悬浇的方式进行施工,此时技术人员在设计时总是趋于理想状态而展开,而这已经偏离了实际工程环境,在进行合拢作业时便会出现合拢高差现象。连续钢构桥是一项系统性工程,其受到多方面因素的影响,加之施工中质量控制工作的欠缺,往往会存在合拢高差现象,严重时甚至达到了几厘米之多。如果未采取任何措施就对其进行处理,此时将会对底板结构产生影响,随之引发剥落或是开裂等质量问题。

(4)施工材料的原因。除了人为因素外,施工材料也会对桥梁的整体质量造成影响。材料是确保连续刚构桥各个环节得以正常施工的必要基础,如果其中某个环节的材料未达到工程标准,则会对该环节的施工质量造成影响,并进一步削弱连续刚构桥的整体性能。受材料质量欠佳的影响,箱梁底板处产生裂缝的概率将随之增大。

3 连续刚构桥箱梁裂缝防治措施

3.1 改进设计方法

在当前的连续刚构桥施工中,多数情况下均使用到了平面杆系软件,这种有限元方法对构件的受力分析具有一定的可行性,但仅仅停留在二维层面,并未从三维的角度进行分析。在进行结构线弹性受力分析时,基于提升分析结果精确性的目的,应综合考虑箱梁的实际受力情况,由此展开全面的模拟分析[3]。

对于连续钢构桥而言,其对应的受力情况较为复杂,因此需要对其进行空间受力分析。在前期设计过程中,可以对传统方式下的计算方式进行优化,减去其中不必要的环节;基于梁格理论可以较为精准地模拟出构件的空间受力情况,但应意识到的是,此方式在受力特性的表达方面具有一定的局限性。

考虑到梁格理论的应用特点,基于提升连续刚构桥分析准确性的目的,在进行箱梁结构裂缝的研究工作中,应牢牢围绕理论知识而展开,从而对箱梁的空间受力情况做以准确分析。平面有限元软件是基础,在其作用下可以将复杂的箱梁受力情况以直观地方式展现出来。基于此方式,一方面可以缩减设计所耗费的时间,另一方面则可以良好地避免箱梁构件裂缝现象。

3.2 施工材料方面

(1)在进行连续刚构桥施工时,混凝土以及钢筋这两大材料的使用量最大,基于提升施工质量的目的,应做好材料的控制工作,确保其达到工程质量要求[4]。

(2)对混凝土的配合比进行调整,在不影响整体质量的前提下应缩减水泥用量,由此缓解水化热作用;此外,应将水灰比控制在合理范围内,挑选级配优良的碎石作为原材料,从而提升混凝土结构的密实性。

(3)做好使用原料的称量计重工作,基于泵送的方式进行混凝土材料的运输作业。

(4)做好材料的储存工作,应使用土工布对其进行覆盖处理;当现场温度偏低时,可以适当提升堆放区域内的温度,将内外温差控制在25 ℃范围内[5]。

3.3 施工方面

(1)以工程实际状况为基准,从而确定出合适的定位钢束位置,必要时可以增加密波纹管的使用量,由此避免钢束折线现象的产生。

(2)以设计强度为基准,所测得的混凝土强度应达到该值的90%,而后方可进行预应力张拉施工。

(3)注重质量检测工作,确保两悬臂端具有优良的合拢精度。

4 结语

对于连续刚构桥而言,箱梁底板处最容易出现病害,其中以裂缝现象最为常见。对此,有必要采取针对性措施,控制箱梁底板裂缝的产生。施工单位应对裂缝的成因进行分析,基于不同的因素具有针对性地提出防治措施,确保桥梁的工程质量,营造出足够稳定、安全的行车环境。

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