連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂問(wèn)題及處理辦法

陳 巍

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400041)

連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂問(wèn)題及處理辦法

陳 巍

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400041)

連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂主要由溫度變化、混凝土的收縮徐變、材料、預(yù)應(yīng)力損失、施工方法引起的。本文根據(jù)已有的文獻(xiàn)，在這五種主要原因的基礎(chǔ)上分析了連續(xù)剛構(gòu)橋的腹板開(kāi)裂問(wèn)題并提出了防治辦法。

連續(xù)剛構(gòu)橋；腹板開(kāi)裂；防治辦法

1 引言：

連續(xù)剛構(gòu)橋是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外應(yīng)用十分廣泛的一種橋梁結(jié)構(gòu)。連續(xù)剛構(gòu)橋有兩種形式：主跨為連續(xù)梁的多跨剛構(gòu)橋和多跨連續(xù)剛構(gòu)橋，兩種形式采用的結(jié)構(gòu)形式主要是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，他們都有兩個(gè)以上的主墩，主墩和主梁之間采用的是墩梁固結(jié)體系。連續(xù)剛構(gòu)橋有很多優(yōu)點(diǎn)[1]，它不僅具有連續(xù)梁橋和T形剛構(gòu)橋的共同優(yōu)點(diǎn)，而且與普通連續(xù)梁橋、T形剛構(gòu)橋等同類型的梁橋相比連續(xù)剛構(gòu)橋還具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。連續(xù)梁多跨剛構(gòu)橋保持了連續(xù)梁橋上部構(gòu)造屬性，不僅其跨越能力很大，而且還具有施工簡(jiǎn)單，行車舒適，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。多跨連續(xù)剛構(gòu)橋的主要特點(diǎn)是它在主跨的跨中設(shè)置一個(gè)鉸，而其邊跨仍為連續(xù)體系，利用邊跨連續(xù)梁的重量可以將T梁做成不等長(zhǎng)的懸臂結(jié)構(gòu)，這樣可以增大主跨的跨徑。

但隨著連續(xù)剛構(gòu)橋的大量使用，它的一些不利特點(diǎn)也開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。隨著橋梁使用年數(shù)的增加，其腹板位置易出現(xiàn)開(kāi)裂情況[2-3]。這不僅給橋梁的后期維護(hù)帶來(lái)了極大的困難，更存在著嚴(yán)重的安全隱患。所以對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋的腹板開(kāi)裂研究是一個(gè)很重要的橋梁課題。國(guó)內(nèi)的研究學(xué)者已經(jīng)對(duì)腹板開(kāi)裂做了許多研究，本文根據(jù)這些研究基礎(chǔ)上對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的腹板開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行了分析總結(jié)，并給出了一些合理的防治措施[4-5]。

2 裂縫產(chǎn)生的原因：

2.1材料影響

材料對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂影響很大。在對(duì)腹板開(kāi)裂的連續(xù)剛構(gòu)橋做檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)一部分橋梁都是因?yàn)榛炷僚浜媳取⑻涠仍O(shè)計(jì)不合理或者水的使用量過(guò)大，這些都會(huì)使混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂[6]。在澆筑腹板時(shí)，為了增加混凝土的流動(dòng)性，往往會(huì)加大混凝土的含水量，在泵送混凝土過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域骨料過(guò)多或者過(guò)少現(xiàn)象，此時(shí)混凝土脫水后就會(huì)出現(xiàn)骨料不均勻而產(chǎn)生裂縫。這些都是由材料引起的腹板開(kāi)裂原因。

2.2溫度影響

由溫度變化引起的腹板開(kāi)裂問(wèn)題是不可避免的。由于橋梁處在的環(huán)境中早晚、冬夏溫差大，在橋梁結(jié)構(gòu)上會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度，由溫度梯度引起的溫度應(yīng)力會(huì)在連續(xù)剛構(gòu)橋腹板位置產(chǎn)生較大的附加彎矩從而產(chǎn)生不均勻變形[7]。這是引起腹板開(kāi)裂一個(gè)十分重要的原因。另外箱梁內(nèi)部吸熱和散熱能力相對(duì)于橋面板都很慢，這就造成橋面板橫向收縮膨脹及箱梁內(nèi)壁與外壁溫差較大，使腹板內(nèi)外板面產(chǎn)生附加拉壓應(yīng)力，這也給腹板造成了額外的負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)時(shí)間作用也會(huì)引起腹板開(kāi)裂。最后混凝土澆筑初期，混凝土的水化熱也會(huì)造成混凝土內(nèi)外部較大的溫差，從而產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力導(dǎo)致腹板開(kāi)裂。

2.3土的收縮徐變影響

混凝土澆筑后會(huì)逐漸脫水硬化，混凝土中會(huì)留下細(xì)小的裂縫，隨著時(shí)間推移裂縫逐漸變大，這也是連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂的一個(gè)重要原因[8]?；炷列熳円矔?huì)造成混凝土開(kāi)裂情況，長(zhǎng)時(shí)間的徐變會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生附加彎矩[9]，徐變產(chǎn)生的附加彎矩與溫度梯度產(chǎn)生的附加彎矩一致，它對(duì)腹板的作用主要是增加其剪應(yīng)力。

2.4預(yù)應(yīng)力損失

預(yù)應(yīng)力損失是造成連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂最主要的原因。隨著橋梁使用年限的增加，最初加載在預(yù)應(yīng)力鋼絞線上的初始預(yù)應(yīng)力會(huì)因種種原因損失一部分，橋梁使用年數(shù)越長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力損失越嚴(yán)重。預(yù)應(yīng)力的損失必然會(huì)造成鋼絞線的松弛，腹板上的有效預(yù)加應(yīng)力逐漸減小，混凝土也隨之開(kāi)裂。

3 腹板開(kāi)裂的防治：

3.1設(shè)計(jì)方面

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的腹板開(kāi)裂防治首先得從橋梁的設(shè)計(jì)入手[10]。首先，要改善連續(xù)剛構(gòu)橋的高跨比。高跨比是影響橋梁剛度的一個(gè)很重要的參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮增大其高跨比來(lái)提高橋梁的整體剛度。其次，減小連續(xù)剛構(gòu)橋拋物線次數(shù)、優(yōu)化線性，對(duì)于防止腹板開(kāi)裂很有幫助。最后，設(shè)計(jì)時(shí)我們可以通過(guò)增加頂板負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束和增加中支點(diǎn)區(qū)的底板厚度來(lái)減小由溫度梯度和混凝土收縮徐變引起的附加彎矩。

3.2材料選取方面

選取材料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制，使用的骨料中不應(yīng)含有堿性或氯離子等對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束腐蝕較大的離子[11]。在對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制用水量。水灰比和塌落度對(duì)混凝土的開(kāi)裂影響較大，不能為了增加混凝土的流動(dòng)性而增大用水量?？傊浜铣鰜?lái)的混凝土應(yīng)滿足規(guī)范要求。

3.3溫度方面

為了減小由溫度應(yīng)力引起的開(kāi)裂情況，可以從溫度控制方面進(jìn)行著手[12]。比如，選取級(jí)配良好的骨料，使用干硬性混凝土，在混凝土配合設(shè)計(jì)時(shí)加入引氣劑，適當(dāng)減少水泥的用量等能有效減小溫度應(yīng)力。另外，在橋梁的后期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，在腹板位置使用保溫材料防護(hù)從而減小溫度梯度引起的腹板開(kāi)裂。

4 結(jié)論：

連續(xù)剛構(gòu)橋是一種應(yīng)用極為廣泛的橋梁結(jié)構(gòu)形式，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋已成為目前國(guó)內(nèi)外大跨橋梁主要采用的結(jié)構(gòu)形式之一。隨著橋梁施工水平的不斷提高，研究者對(duì)混凝土收縮、徐變、溫度變化、預(yù)應(yīng)力損失作用等因素所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)部附加內(nèi)力的研究日益加深，連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開(kāi)裂問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越少。這不僅大大提高了橋梁的使用年限和安全性，更為橋梁養(yǎng)護(hù)節(jié)約了一大筆資金。所以分析連續(xù)剛構(gòu)橋的腹板開(kāi)裂原因并提前做出防治措施具有很重要的意義。

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