不同龄期对混凝土裂缝产生的影响分析

李玲

摘要：文章以某现浇箱梁分层浇筑为研究对象，重点研究了不同龄期对混凝土裂缝产生的影响，并对不同工况下的裂缝条数和裂缝宽度进行了统计分析，得到以下结论：随着龄期差的增大，拉应力值和集中区域分布面积随之增大;裂缝发展方向为垂直于桥梁走向方向，主要出现在拉应力集中点连线之间，且随着龄期差的增大，裂缝的分布呈现出增大的趋势，混凝土的破坏也愈加强烈;龄期差对箱梁顶板早期裂缝的产生具有很大的影响，龄期差的增大会导致箱梁裂缝总条数增大，故在箱梁分层浇筑过程中应该尽可能地缩短箱梁浇筑龄期差;龄期差的增大主要是增大中部桥墩的裂缝宽度，对箱梁跨中和边墩处裂缝开展长度影响较小。

关键词：桥梁箱梁;龄期差;裂缝条数;宽度

中国分类号：U443.35文章标识码：A260993

0 引言

预应力箱梁因具有施工方便、结构性能好等优点而被广泛地应用到实际工程当中，然而其在具体施工过程中也存在一定的问题，其中裂缝开展问题引起了广泛关注。近年来，国内学者对此进行了一些研究，徐秀华、石雪飞等[1-2]以金塘大桥东通航孔连续刚构为背景，分析不同龄期混凝土结合面的收缩应力分布特点，采用空间有限元与理论分析相结合的方式，比较不同分层浇筑时间间隔、配筋率、环境年平均相对湿度以及不同国家规范下的收缩效应，总结各因素对结合面收缩的影响;苏祥亚、刘沐宇等[3-4]以六冲河斜拉桥为背景，采用空间有限元与理论分析相结合的方式，研究斜拉桥桥塔不同龄期混凝土结合面的收缩应力分布规律，并比较不同分层浇筑时间间隔、环境年平均相对湿度、配筋率以及中美规范下的收缩效应;武建胜、陈永根等[5-6]为制备具有一定强度的掺料相变混凝土，通过分别对不同标准龄期养护下的同一配合比不同掺料的相变混凝土立方体试件进行了抗压与劈裂抗拉强度试验与分析，结果表明除3 d龄期外，单掺硅粉相变混凝土在不同龄期下的抗压能力均高于其他掺料相变混凝土。本文主要以某现浇箱梁分层浇筑为研究对象，重点研究了不同龄期对混凝土裂缝产生的影响，并对不同工况下的裂缝条数和裂缝宽度进行了统计分析，研究结果可为类似工程研究提供参考和借鉴。

1 工程概况

某高速公路现浇预应力箱梁工程，全长为228 m，桥宽26 m，跨径组成为38 m+44 m+38 m+4×27 m，主桥为预应力混凝土现浇箱梁，采用C50混凝土浇筑，设计时速为80 km/h，为双向四车道，设计荷载为公路一级。项目浇筑完后发现顶板处有一些早期的横裂缝，为了研究裂缝出现规律，下文进行建模分析。

2 数值建模

2.1 模型建立

图1所示为采用有限元软件ABAQUS建模得到的箱梁模型俯视图，连续箱梁由左至右依次为第一跨、第二跨和第三跨，桥墩从左至右依次为1#墩、2#墩、3#墩和4#墩。方向选取时以箱梁截面横向方向为x轴，以箱梁截面高度方向为y轴，以向上为z轴。全桥结构采用C3D8R单元进行模拟，钢筋采用T3D2模拟，跨径为120 m。桥身全部采用C50的混凝土，其参数指标如表1所示，表2为钢材料参数。

3 数值结果分析

3.1 桥面应力及塑性损伤分析

图2～4给出了箱梁上侧顶板拉应力及塑性损伤云图，由于篇幅有限，仅给出了工况1、工况3和工况6三个工况。拉应力图中深色区域出现拉应力集中，拉应力值比较大，对于工况1，最大拉应力值为3.01 MPa，工况3时最大拉应力值为3.02 MPa，工况6时最大拉应力值为3.19 MPa，即随着龄期差的增大，最大应力值呈增大趋势，此外，随着龄期差的增大，拉应力集中区域分布面积也随着增大。由塑性损伤云图可知，裂缝发展方向为垂直于桥梁走向方向，且裂缝集中出现在拉应力集中点连线之间，部分裂缝呈全长贯穿，说明此处的混凝土出现一定程度的破坏，承载力下降。随着龄期差的增大，裂缝的分布呈现出增大的趋势，混凝土的破坏也愈加强烈。

3.2 裂缝条数分析

为了更加准确地反映不同工况、不同位置处的裂缝发展条数，如图5所示，给出了不同位置不同工况下的裂缝条数图。由图可知，任何工况下均是箱梁第二跨跨中的裂缝条数最多，且随着龄期差的增大，裂缝条数基本呈现出增多的趋势。

图6给出了不同工况下裂缝总条数，工况1至工况6的裂缝条数依次为154条、160条、168条、176条、183条和195条，相比于龄期差为3 d时，龄期差取5 d、7 d、9 d、12 d和15 d时裂缝总条数分别增加了3.9%、9.1%、14.2%、18.8%和26.6%。综上可知，龄期差的增大会导致箱梁裂缝总条数增加，说明龄期差对箱梁顶板早期裂缝的产生具有很大的影响，因此，在箱梁分层浇筑过程中应该尽可能地缩短箱梁浇筑龄期差，以达到减小裂缝出现的目的。

3.3 裂缝宽度分析

为了对裂缝有更加深入的认识，图7给出了不同位置不同工况下的最大裂缝宽度值。由图可知，2#桥墩和3#桥墩处裂缝最大宽度最大，其次是第二跨跨中，1#桥墩、4#桥墩、第一跨跨中和第三跨跨中最大裂缝宽度较小。对于1#桥墩、第一跨跨中、2#桥墩、3#桥墩和4#桥墩处，均为工况6时裂缝宽度最大，最大值依次为0.084 mm、0.076 mm、0.263 mm、0.266 mm和0.079 mm;对于第二跨跨中和第三跨跨中，工况5时最大裂缝最大，最大裂缝宽度分别为0.221 mm和0.077 mm。此外，观察图7还可以发现，龄期差的增大最主要的是影响2#桥墩和3#桥墩的裂缝宽度，对箱梁跨中和边墩处裂缝开展长度影响较小。

4 结语

本文主要以某现浇箱梁分层浇筑为研究对象，重点研究了不同龄期对混凝土裂缝产生的影响，并对不同工况下的裂缝条数和裂缝宽度进行了统计分析，得到以下结论：

（1）随着龄期差的增大，箱梁最大应力值呈增大趋势，且随着龄期差的增大，拉应力集中区域分布面积也随之增大。

（2）裂缝发展方向为垂直于桥梁走向方向，且裂缝集中出现在拉应力集中点连线之间，部分裂缝呈全长贯穿，且随着龄期差的增大，裂缝的分布呈现出增多的趋势，混凝土的破坏也愈加强烈。

（3）龄期差对箱梁顶板早期裂缝的产生具有很大的影响，龄期差的增大会导致箱梁裂缝总条数增加，故在箱梁分层浇筑过程中应该尽可能地缩短箱梁浇筑龄期差。

（4）龄期差的增大主要是增大2#桥墩和3#桥墩的裂缝宽度，对箱梁跨中和边墩处裂缝开展长度影响较小。

参考文献：

[1]徐秀华. 养护方式对不同龄期混凝土力学性能影响试验研究[J]. 福建建设科技，2013（1）：39-42.

[2]石雪飞，冯电视，阮 欣，等. 大跨徑连续刚构桥不同龄期混凝土结合面收缩影响研究[J]. 结构工程师，2008，24（6）：76-79.

[3]苏祥亚，石雪飞，李 森. 斜拉桥桥塔不同龄期混凝土结合面收缩效应分析[J]. 结构工程师，2012，28（6）：166-170.

[4]刘沐宇，程 涛. 不同龄期混凝土收缩徐变对三塔结合梁斜拉桥的影响[J]. 华中科技大学学报：城市科学版，2010，27（3）：6-10.

[5]武建胜，刘勇健，谢治堃. 混凝土配合比对不同龄期混凝土抗压强度影响的研究[J]. 建筑工程技术与设计，2017（20）：3 766.

[6]陈永根. 龄期对不同掺料相变混凝土力学性能影响试验与分析[J]. 湖南文理学院学报：自然科学版，2019（4）：53-57.