預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁裂縫病害

前言 

現(xiàn)澆箱梁特因其結(jié)造型美觀、施工方便、耐久性好、適應(yīng)性強(qiáng)，且在設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)上都發(fā)展的比較成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此在應(yīng)用上廣泛。1 底板橫向裂縫、腹板豎向和斜向裂縫1.1 病害特征預(yù)應(yīng)力混凝土等截面箱梁底板橫向裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，一般出現(xiàn)在箱梁跨中區(qū)域截面，貫穿底板全寬。嚴(yán)重時(shí)底板橫向裂縫會(huì)擴(kuò)展延伸至腹板，形成U形裂縫。

圖1 箱梁底板及腹板裂

縫腹板斜裂縫即主拉應(yīng)力裂縫，是預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中出現(xiàn)較多的一種裂縫，主要出現(xiàn)在剪應(yīng)力較大支座附近和1/4 跨附近，與梁軸線約成45°角分布，并隨時(shí)間的推移，不斷向受壓區(qū)發(fā)展。走向大多與腹板預(yù)應(yīng)力彎起束走向呈一定夾角或垂直，形態(tài)均呈中間寬、兩頭窄的形態(tài)。

圖2 箱梁腹板裂縫

1.2 成因分析

底板橫向裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，產(chǎn)生底板橫向裂縫的主要原因有：

（1）預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)不當(dāng)、張拉不到位、壓漿不當(dāng)、線型偏差較大導(dǎo)致后期預(yù)應(yīng)力損失較大，跨中底板預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備不足存在過大的拉應(yīng)力。

2）橋梁運(yùn)營(yíng)過程中超重車輛過多或?qū)Χ诤爿d估計(jì)不足導(dǎo)致配筋或截面不足。

（3）橋梁施工不規(guī)范、質(zhì)量差所帶來的箱梁結(jié)構(gòu)尺寸偏小、混凝土質(zhì)量較差、箱內(nèi)積水、跑模超方、二恒超方等問題導(dǎo)致箱梁剛度偏弱、恒載增加，從而在底板出現(xiàn)橫向裂縫。2）腹板斜向裂縫產(chǎn)生原因主要有：（1）腹板厚度設(shè)計(jì)偏薄抗剪能力不足，支座附近剪力過大，主拉應(yīng)力方向抗裂安全度不夠。（2）過高估計(jì)了豎向預(yù)應(yīng)力的作用。由于豎向預(yù)應(yīng)力筋較短，錨具預(yù)應(yīng)力損失大，因此往往導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力效果較差，豎向預(yù)應(yīng)力損失較嚴(yán)重。同時(shí)，縱向預(yù)應(yīng)力的損失，降低了腹板的有效預(yù)應(yīng)力，容易引起腹板出現(xiàn)斜向裂縫。（3）邊跨現(xiàn)澆段不設(shè)彎起束（這一點(diǎn)中交一公院在做連續(xù)梁的時(shí)候有改善），也是邊跨出現(xiàn)斜裂縫的主要原因之一。由于邊跨梁段梁高較小，反力較大，如果靠順橋向和豎向預(yù)應(yīng)力來控制主拉應(yīng)力，往往因豎向預(yù)應(yīng)力損失或失效而難以奏效。因此邊跨應(yīng)布置彎起鋼束。（4）結(jié)合有限元計(jì)算分析結(jié)果，判斷現(xiàn)階段主橋腹板裂縫是豎向預(yù)應(yīng)力管道灌漿均不飽滿，精軋螺紋鋼有銹斑導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力損失，或是施工時(shí)豎向預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)難度較高，控制不嚴(yán)的話可能會(huì)造成豎向預(yù)應(yīng)力失效等問題所致，對(duì)箱梁的承載能力及正常使用影響較大。1.3 處治方法在對(duì)箱梁進(jìn)行常規(guī)病害處治后，可采用粘貼鋼板、腹板增大截面及設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力等加固技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處治。1 ）粘貼鋼板對(duì)裂縫進(jìn)行常規(guī)處理后，可根據(jù)裂縫受力特性對(duì)箱梁底板（由于底板為曲線，鋼板加固實(shí)際不方便）或腹板輔以粘貼鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。2 ）增大截面增大截面加固法是通過增大構(gòu)件的截面或在增加鋼筋的同時(shí)增大截面來提高原有構(gòu)件承載力和剛度的方法。當(dāng)鋼筋混凝土由于抗彎、抗剪不足是出現(xiàn)裂縫的情形從橋梁加固工程的經(jīng)濟(jì)性和施工可行性上考慮，可增大截面加固法主要用于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件提高抗彎承載力、抗剪承載力和剛度。

圖3 箱梁腹板加厚

3）設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力

體外預(yù)應(yīng)力加固適用于橋梁構(gòu)件的受彎、受剪加固，提高結(jié)構(gòu)承載能力，改善受力狀況。預(yù)應(yīng)力材料可采用鋼材或纖維板等。

a）預(yù)應(yīng)力鋼束

根據(jù)空間網(wǎng)格精細(xì)化分析和有限元計(jì)算分析結(jié)果，可以判斷現(xiàn)階段箱梁腹板裂縫是否由于重車超載、溫度梯度及有效預(yù)應(yīng)力損失等因素共同作用所致。

在對(duì)箱梁底板裂縫進(jìn)行封閉、灌漿處治后，結(jié)合計(jì)算分析和橋梁實(shí)際情況，進(jìn)行增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)。加固以提高底板壓應(yīng)力儲(chǔ)備，改善結(jié)構(gòu)剛度為目標(biāo)，

按包絡(luò)設(shè)計(jì)法通“下限設(shè)計(jì)”和“上限設(shè)計(jì)”，在保證加固效果的同時(shí)充分考慮施工體外預(yù)應(yīng)力對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響等因素，從而合理的確定新增預(yù)應(yīng)力度，

作為體外預(yù)應(yīng)力索加固的控制指標(biāo)。

a）預(yù)應(yīng)力鋼束

根據(jù)空間網(wǎng)格精細(xì)化分析和有限元計(jì)算分析結(jié)果，可以判斷現(xiàn)階段箱梁腹板裂縫是否由于重車超載、溫度梯度及有效預(yù)應(yīng)力損失等因素共同作用所致。在對(duì)箱梁底板裂縫進(jìn)行封閉、灌漿處治后，結(jié)合計(jì)算分析和橋梁實(shí)際情況，進(jìn)行增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)。加固以提高底板壓應(yīng)力儲(chǔ)備，改善結(jié)構(gòu)剛度為目標(biāo)，按包絡(luò)設(shè)計(jì)法通“下限設(shè)計(jì)”和“上限設(shè)計(jì)”，在保證加固效果的同時(shí)充分考慮施工體外預(yù)應(yīng)力對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響等因素，從而合理的確定新增預(yù)應(yīng)力度，作為體外預(yù)應(yīng)力索加固的控制指標(biāo)。

圖4 箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固b）預(yù)應(yīng)力碳板如對(duì)已進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固的等截面箱梁，推測(cè)由于超載車作用已超過箱梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加上原體外預(yù)應(yīng)力松馳損失導(dǎo)致加固效果減弱，有效預(yù)應(yīng)力減小，箱梁橫向裂縫有可能再次開裂?？稍谙淞涸O(shè)置預(yù)應(yīng)力碳纖維板等措施提高有效預(yù)應(yīng)力度，限制裂縫發(fā)展。（最后沒有辦法的辦法？）

圖5 箱梁預(yù)應(yīng)力碳板加固

2 箱內(nèi)頂板縱向裂縫

2.1 病害特征頂板縱向裂縫一般出現(xiàn)在跨中合攏段，接近支點(diǎn)的區(qū)域，頂部齒板內(nèi)側(cè)頂板區(qū)域，也有沿全跨出現(xiàn)縱向裂縫的情形。

圖6 頂板縱向裂縫

2.2 成因分析箱內(nèi)頂板縱向裂縫產(chǎn)生原因主要有：

1）由于頂板橫向彎矩主要受活載影響，在橋梁營(yíng)運(yùn)期間，超載很容易導(dǎo)致頂板沿縱向開裂。

2）頂板沒有設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力筋，橫向預(yù)應(yīng)力損失較大或者布置不合理。3）頂板縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)置過大，造成橫向拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，引起頂板縱向開裂。4）合攏段頂板縱向裂縫主要是由于溫度及收縮徐變引起。澆筑合攏段時(shí)，合攏段受混凝土水化熱而膨脹，但由于受到懸臂端梁段的約束，導(dǎo)致合攏段順橋向受壓，橫橋向受拉，從而在頂板產(chǎn)生縱向裂縫。2.3 處治方法針對(duì)頂板縱向裂縫進(jìn)行封閉、灌漿處治即可，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的耐久性。根據(jù)裂縫的數(shù)量、寬度及發(fā)展程度，對(duì)頂板橫向粘貼鋼板（粘貼碳纖維布不更好？），提高頂板抗裂性，狀況嚴(yán)重時(shí)，可在箱梁頂板外掛一層鋼筋網(wǎng)片，并涂抹一定厚度的高韌性混凝土增大截面處理。

圖8 頂板粘貼鋼板（左圖）和涂抹超高韌性混凝土（右圖）