大跨连续刚构桥底板纵向裂缝成因分析与处治措施 杨俊 曹一山

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1、杨俊 1，曹一山 2，（1. 贵州高速公路集团有限公司贵阳市 550000；2. 中交公路规划设计院有限公司北京市 100088） 摘要：通过对一座运营期内底板产生纵向裂缝病害的大跨连续刚构桥的现场检测、有限元模拟分析，探讨 了刚构桥此类裂缝的病害成因；在此基础上，对箱梁底板粘贴横向钢板带的被动加固方法和张拉横向预应 力碳板的主动加固方法的加固效果进行了比较。结果表明：曲线预应力和龙束引起的横向附加应力，以及 箱内外温差引起的横向应力的联合作用，是导致大跨连续刚构桥底板产生纵向裂缝的主要原因；箱梁底板 粘贴横向钢板带的被动加固方案，可以起到了限制裂缝发展的作用；底板张拉预应力碳纤维板，将底板受

2、 力提升为预应力 A 类构件，更好地提高了结构的耐久性，为优选方案。关键词：连续刚构桥；底板；纵向裂缝；裂缝成因；病害处治中图分类号：U448文献标识码：A：在中等跨径以上的桥梁中，大跨预应力混凝土连续刚构桥凭借其优越的结构性能，得到 了越来越广泛的应用，但是由于设计理论不完善、施工质量缺陷、负荷超载以及管理养护工 作不力等方面的原因，国内不少连续刚构桥的箱梁底板在成桥和运营阶段出现了纵向裂缝 这一问题已经引起了桥梁工程界的广泛重视。本文以一座服役期内箱梁底板出现裂缝的预应 力混凝土连续刚构桥为研究对象，通过有限元结构分析探讨了裂缝成因，以及病害处治方案。1 工程概况与检测情况某大跨连续刚构桥

3、，跨径布置为110.0m+200.0m+110.0m,下部结构主桥墩为钢筋混凝 土双薄壁墩，桩基础，桥台均为重力式桥台配扩大基础。2005 年建成通车，在2015 年的定 期检查中发现箱梁底板左幅桥共有14 个节段、右幅桥共有19 个节段底板存在纵向裂缝，裂 缝宽度介于0.06mm0.22mm之间；典型病害如图1所示。图1 箱梁底板裂缝典型照片2 病害成因分析通过查阅现有相关文献，预应力混凝土箱梁底板裂缝的形成原因可以总结为如下几个方作者简介： 杨俊（19*-），男，面：混凝土收缩产生的约束裂缝、预应力设置及张拉次序不合理、混凝土箱体的温差效应 本文结合有限元计算情况，对裂缝成因进行分析。2.

4、1 计算模型的建立为了分析箱梁底板裂缝成因，建立了空间有限元模型，如图2图3 所示：图 2 全桥有限元模型 计算考虑的荷载主要包括： （1）结构自重和二期恒载； （2）三车道汽车荷载；（3）箱梁内外温差为10C；图 3 纵向预应力钢筋模型（4）底板合龙束的径向力，q=F/R, F为钢束拉力，R为钢束的曲率半径。2.2 计算结果分析经过静力分析得到箱梁底板横向应力分布情况，如图4所示-mldB十d 丁.1口 阿白于-C0iiQT图 4 箱梁底板横向应力云图（ Pa） 为了更清楚地显示底板应力情况，选择合龙段底板中心线上的节点，将节点位置作为横 坐标，横向应力值作为纵坐标，如图5 所示，从图中可以

5、看出，箱梁底板的最大横向拉应力 达到2.7Mpa,超过了箱梁抗拉强度标准值2.65MPa,导致箱梁底板在薄弱区出现纵向裂缝。3 2 10 1(史3|7专叵華a2.-0123456节点坐标（in）图 5 和龙段箱梁底板横向应力分布3 病害处治措施为了限制箱梁底板纵向裂缝开展，增强结构耐久性，选取了2 种方案对病害进行处治，处治方案的具体情况如表1 列：表l底板纵向裂缝处治方案序号实施内容方案性质方案 1底板粘贴横向钢板（b=l0cm, t=l0mm,间距为50cm）被动方案 2底板张拉预应力碳纤维板（T=l20KN，间距为50cm）主动为了对两种方案的病害处治效果进行比较，取箱梁跨中lm长的节段

6、，用杆系计算程序 建立箱梁的横向框架模型，单元和节点编号情况见图6。图 6 箱梁横向计算模型节点和单元编号情况3.1 方案1效果分析通过粘贴横向钢板，明显降低了底板的纵向裂缝宽度，最大裂缝宽度由0.13mm降低为0.09mm,如图7所示。k m(宽缝裂-0.020.140.120.100.00-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 底板位置 (cm)图 7 箱梁底板粘贴钢板效果分析8 6 4 2000000004003.2 方案2效果分析通过在箱梁底板张拉预应力碳纤维板，降低了底板的横向应力分布，底板最大横向拉应力为0.65MPa,满足预应力A类构件的要求，如图8所

7、示。0123456 节点坐标 （m）力应向横图 8 箱梁底板张拉碳板后横向应力分布3.3 方案比较箱梁底板粘贴钢板可以降低纵向裂缝宽度，但是底板受力情况没有本质性的变化，方案 2 通过在箱梁底板张拉预应力碳纤维板，使得箱梁底板由允许开裂的钢筋混凝土构件升级为 预应力混凝土 A 类构件，从理论上可以使得箱梁底板纵向裂缝闭合，更好地提高了结构的 耐久性。因此，优选方案 2。4 结论本文以一座运营期内底板产生纵向裂缝病害的大跨连续刚构桥为例，通过有限元分析的 技术手段对病害成因进行了分析，并探讨了适用的病害处治方案，得到的主要结论有：（1）大跨连续刚构桥底板纵向裂缝产生的原因在于：曲线预应力和龙束引

8、起的横向附 加应力，以及箱内外温差引起的横向应力的联合作用，导致运营期底板横向应力超过混凝土 材料的抗拉强度标准值所致；（2）箱梁底板粘贴横向钢板带的被动加固方案，可以了底板的纵向裂缝最大宽度由0.13mm降低为0.09mm,起到了限制裂缝发展的作用；(3) 通过在箱梁底板张拉预应力碳纤维板，将底板的横向拉应力峰值降为为0.65MPa, 满足预应力 A 类构件的要求；(4) 箱梁底板张拉横向预应力碳板的主动加固方案，以使得箱梁底板纵向裂缝闭合， 更好地提高了结构的耐久性，为优选方案。参考文献1何 海变高度预应力混凝土箱梁桥底板纵向裂缝成因分析及防治中南公路工程,2001,(3):61-62.2朱利明，刘 华.三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析及对策桥梁建设， 2005,(S1):114-116. 虞建成，李旺丰某连续刚构桥中跨跨中底板纵向裂缝成因分析J.中外公路，2007, 27 ( 1 ) : 115 1184姜海波，赵人达富力桃园大桥箱梁合龙区域裂缝成因分析及加固J.桥梁建设，2007 ( 6) : 72 74