预应力混凝土盖梁端部裂缝成因分析.pdf

1 4 2 桥梁结构 城 市道桥与 防洪 2 0 1 4 年 6 月第 6 期 预应力混凝土盖梁端部裂缝成因分析 刘 思 维 ( 上海市 政工 程设计 研究 总院 ( 集 团) 有 限公 司 ， 上海市 2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 该文分析了某桥预应力混凝土盖梁端部裂缝的成因， 总结 了锚固点布置对盖梁端部局部应力的影响规律， 提出了改善盖 粱端 部受力性 能的锚 固区布置原则 ， 并对此 盖梁裂缝处理 提 出了建 议。其所得 结论和建议 可供 同类结 构设计参考 。 关键词 ： 预应力混凝土； 盖梁 ； 开裂； 成因分析； 处理建议 中图分 类号 ： U 4 4 5 7 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 0 6 0 1 4 2 0 3 0 引言 混凝 土桥梁往往 由于设计考虑不周 、施工不 当、 养护管理不善 、 超载 ， 以及混凝 土 自身老化等 方面因素 ， 致使混凝土发生不同程 度的开裂 ， 严重 影响工程质量， 降低结构的使用寿命， 经常困扰着 工程技术人员 。针对开裂 的混凝土桥梁 ， 对 已有裂 缝的处 理方法取决 于裂缝 的成 因及其对结构使用 性 能和承载能力 的影 响程度 ，其 中裂缝 的成 因分 析对裂缝 的处理决策起着至关重要 的作用 。只有 判断出裂缝 出现 的原 因 ，掌握裂缝对桥梁工作状 况和承载能力的影响 ，才能对混凝土桥梁 的裂缝 进行正确定量评价 ， 制定合适 的加 固方案 。本文对 某桥预应力 混凝土盖梁端部裂缝 的成 因进行 了详 细分析 ， 并 明确 了影响该裂缝产生的主要参数 ， 为 今后设计此类预应力混凝土盖梁提供参考。 1 桥 墩盖梁 现状 如图 1 所示，某单跨系杆拱桥主墩墩身横桥 向为 V形框架结构 ， 两墩柱顶与盖梁 固结 ， 增强 了 墩身的横向刚度及稳定性。墩身采用空心箱型截 面 ， 具有 自重轻 、 刚度大 的特点。盖 梁采用 预应力 混凝土结构 ， 在墩柱顶部 6 5 m宽( 横 桥向 ) 范 围内 设为实心段 ，盖梁 中部则为减轻 自重 而采用箱形 空心断面 。主拱拱脚在盖梁实心段处 与桥墩 固结 形成刚架拱 ， 每片拱肋下设 4束平行钢丝束 系杆 ， 系杆两端锚固于桥墩盖梁 的背侧 。盖梁为墩柱 、 主 拱肋 、 系杆汇聚 的固结 区 ， 受力情况 十分复杂 。盖 梁横桥向布有 1 4 束 M1 5 1 5 预应力钢束，分为三 组布置于盖梁腹板处 ，其端部预应力锚具布置情 况见图 2所示 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 2 1 作者简介 ： 刘 思维 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 吉林通 化人 ， 工程 师 ， 从 事桥 梁工程设 计工作 。 塑 图 1 某拱桥桥墩 盖梁构造 图( 单位 ： m) 图 2 盖 梁端部锚具 布置及裂缝 示葸图 ( 单 位 ： c m ) 该桥建成运营后 ， 在盖梁的端部表面上出现裂 缝， 裂缝典型分布如图2 所示。结合预应力锚具位 置 ，可以看 出 2条裂缝均分布于各组预应力锚具 之间 ， 裂缝走 向基 本竖直 ， 其 中桥跨侧裂缝 较短 ， 位置偏下 ； 而岸边侧裂缝较长 ， 最长裂缝 约 1 5 m， 最大缝宽约为 0 2 7 m m。 2 盖梁端部裂缝成因分析 2 1 有 限元分析模型 由于该桥盖梁端部为墩柱 、 主拱肋 、 系杆 的汇 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 4 4 桥梁结构 城 市道桥与防洪 2 0 1 4 年6 月第6 期 图 8 盖梁简化计算图示 3 2 参数分析结果 图 9为集 中荷载 P作用下盖梁 X向正应力典 型分布图， 图中仅示出拉应力区域应力等值线。从 图 9可以看出， 在集中荷载作用点处 ， 盖梁表面存 在一个 盯压应力区， 此外盖梁还存在两个拉应力 区域， 拉应力区域 A位于集中荷载下方， 此应力即 为锚下劈裂应力 ，应在锚具下方设置钢筋 网以防 止混凝土劈裂。 拉应力区域 B位于集中荷载旁， 其 最大值位于盖梁表面靠近集中荷载处，此应力即 为本文研究 的对象 ， 在此称之为端 面拉应力 。 图9 集中荷载作用下 ( r x 分布图 为 了研究 端面最 大应力 仃 随盖梁宽度 b和 集 中力作用点位置 e的变化规律 ，本文对 b = 2 m、 b = 4 m、 b = 6 m和 b = 8 m 四种 宽度盖梁 进行 分析 ， 得出端面最大应力 一与荷载位置的变化规律 ， 如 图 1 0所 示 。从 图 1 0可知 ，四种宽 度 盖 梁 的 盯一一 e 关 系曲线基本吻合 ，表明 盯 仅与集 中荷 载的绝对位 置相关 ，当集 中荷载距盖梁边距离 一 定时， 其端面最大应力与盖梁宽度 b 无关。端面最 大应力 仃一 随着 e的增 加衰减很 快 ，当 e O 5 m 时， 一的降低速率已大大减小。 - 一 h = 2 - 一 b = 4 一 b=6 - - - 一 h = 8 0 2 3 4 衙载位簧e n 图 1 O 盯一 与荷载 位置 e的关 系曲线图 4 盖梁端部裂缝处理意见 根据以上结论 ，结合该桥盖梁的预应力锚具 布置形式 ， 可以得知 ： 预应力钢束锚具集 中布置在 盖梁边缘是该桥盖梁开裂的主要原 因 ；虽然该桥 盖梁在桥跨侧和岸边侧布置相同数量的预应力钢 束 ，但由于桥跨侧钢束距离盖梁边缘距离比岸边 侧大 ，故桥跨侧盖梁端 面应力小 于岸边侧盖梁端 面应力 ， 因此岸边侧盖梁表面裂缝更长更深 。 因该桥 已经建成 ，无法再更改预应力锚具布 置位置 ，结合图 9可以看出该裂缝的影响深度不 大 ， 不会对结构的使用和安全性 能造成影响。故建 议对该桥盖梁端部裂缝进行 封闭处理 即可 ，以防 止裂缝处钢筋和混凝土被进一步腐蚀 。 5结论与 建议 本文对某桥盖梁端部 开裂的原 因进行 了详细 分析 ， 可 以得到以下结论与建议 ： ( 1 ) 预应力钢束锚具集 中布置在 盖梁边缘是 该桥 盖梁开裂的主要原因。盖梁端部表面最大应 力 盯 一仅与锚固点距离盖梁边距离 e 有关 ，当 e 不变时 ， 盯 与盖梁宽度 b无关 。 ( 2 ) 对于该类型的预应 力混凝土构件 ， 为了改 善其端部表面的局部应力 ，建议 预应力锚具尽量 远离盖梁边缘并分散分散布置，并在锚具间的混 凝 土表 面处设置加强钢筋网 ，控制该处 的混凝 土 裂 缝 。 参考文献 1 】 李国平 预应力混凝土结构设计原理 M 北京： 人民交通出版 社 2 0 H0 2 【 2 何旭辉， 黎微 锚固区布置对预应力 T梁两端局部应力影响研 究 J 1 城市道 桥与防洪 ， 2 o 0 9， ( 6 ) ： 1 7 1 1 7 4 3 5 2 5 5 0 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m