大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因分析及防治对策.pdf
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1、第 3 6卷第3期 2 0 1 0年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 77 大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因分析 及防治对策 杜斌 , 赵人达 ( 西南交通大学土木工程学院, 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要: 对国内外大跨度预应力混凝土连续刚构桥在施工和运营中出现的各种类型裂缝进行了详尽的成因分析 , 包括腹板斜 裂缝、 底板横向裂缝、 底板纵向裂缝以及横隔板裂缝等典型裂缝。以最常见的箱梁腹板斜裂缝和底板裂缝为例, 通过力学分 析, 得到不使底板开裂的底板预应力钢束曲线半径、 钢束定位成折线产生的
2、转角以及合龙段高差的合理范围, 提出了平衡每 根底板纵向预应力钢筋产生的径向力所用箍筋间距与单肢箍筋截面积的关系式 ; 从结构分析和竖向预应力短力筋的张拉工 艺两个方面进行了讨论, 指出竖向预应力的保证是关键 , 而无粘结预应力技术将成为确保竖向短力筋预应力实施的有效措 施 。 关键词: 预应力混凝土; 箱梁桥; 连续刚构; 裂缝 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 7 7一 O 5 M e c h a n i s m a n a l y s i s a n d p r e c a
3、u t i 0 n a r y m e a s u r e s f o r c r a c k i n g o f pr e - s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s bo x g i r d e r o f l o n g s p a n c o n t i n u o u s a n d r i g i d f r a me b r i d g e s DU Bi n ZHA0 Re n d a ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , S o u t h w e
4、s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y , C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : P a r t i c u l a r a n a l y s i s o f a l l k i n d s o f c r a c k s f o r p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b o x g i r d e r o f l o n g s p a n c o n t i n u o u s a n d r
5、i gi d f r a me b ri d g e s i n c o n s t r u c t i o n a n d i n s e r v i c e l i f e o f O l l c o u n t r y T h e c r a c k s i n w e b, t h e c r a c k s i n b o s o m s l a b a n d t h e c r a c k s i n d i a p h r a g m a l e d i s c u s s e d T h r o u g h t h e me c h a n i c s a n a l y s
6、 i s b o t h t h e c u v e r a d i u s o f p r e s tr e s s e d s t r and a n d t h e c o r n e r i n o ri e n t a t i o n o f s tr and and t h e r ang e o f a a i t u d e w i t h r e a s o n i n n o c r a c k s i n b o R o m s l abs o f c o n t i n u o u s b o x girde r i n l o n g s p a n ri gi d
7、f r a m e b ri d g e s a r e d e v e l o p e d A d v an c e t h e e x p r e s s i o n s b e t w e e n t h e a r e a s o f h o o p b a r s a n d t h e s p a c e i n h oo p s d u r i n g t h e t e n s i l e t o a v e r a g e e v e r y s t r an d i n b o t t o m s l ab Di s c uss the w e b c r a c kin
8、g f r o m t wo a s p e c t s o f an aly s i s o f s t r u c t u r al a n d t e c h n i q u e s i n p r e s t r e s s i n g p r o c e d u r e s an d t h e v e r t i c a l p r e s tr e s s i n g a r e k e y p o i n t Th e t e c h n i q u e s o f u n bo n d e d t e n d o n s o n v e rti c al p r e s t
9、r e s s i n g b e c o me s an e ff e c t i v e me t h o d s o f r e t a i - n i n g p r e s t r e s s i n g i n s h o u t t e n d o n s Ke y w o r d s : p res t r e s s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; box g i rde r b ri d g e s ; c o n t i n u o u s r i gi d fr a me ; c r a c k O 引 言 近年来 ,
10、 国内外大跨度预应力混凝 土连续刚构 箱梁在施工和营运过程中出现了一系列超过规范允 许值的开裂现象 , 严重影响了结构的耐久性 , 有的甚 至是无法正常使用 。文献 1 列举 了 4座 已建 成的 预应力混凝土连续箱形梁桥出现部分裂缝的情况, 主要有箱梁顶板和底板 的纵 向裂缝、 腹板的斜裂缝 , 收稿 日期 : 2 0 0 8 1 2 1 5 作者简介: 杜斌( 1 9 8 2一) , 男, 贵州普安人, 工学硕士, 博士研究 生。 主要从事大跨度桥梁施工控制及既有桥梁健康监测方面的研究。 E ma i l : b i n d u 1 9 8 2 1 2 6 c o m 这些裂缝的性质大部分
11、为受力裂缝, 且宽度较大; 文 献 2 - 3 列举了箱梁桥腹板开裂的事例; 文献 4 也 列举了连续刚构在张拉底板预应力筋和成桥营运时 发生底板崩裂和底板纵向裂缝事故。本文以最常见 的箱梁腹板裂缝和底板裂缝为例 , 通过力学分析 , 得 到不使底板开裂的底板预应力钢束曲线半径、 钢束 定位成折线产生 的转角 以及合 龙段高差 的合理 范 围 , 提出了平衡每根底板纵 向预应力钢筋产生的径 向力所用箍筋间距与单肢箍筋截面积的关系式; 最 后, 从设计和施工两个方面对如何有效地控制腹板 裂缝进行了讨论, 指出竖向预应力的保证是关键, 而 无粘结预应力技术将成为确保竖向短力筋预应力实 施的有效措施
12、 。 7 8 四川建筑科学研究 第 3 6卷 1 预 应 力混 凝 土连 续 刚构 常见 典 型 裂缝 1 1 腹板斜裂缝 腹板斜裂缝也称剪切裂缝, 主要出现在两个区 域, 即距边跨支点一定范围内腹板内外出现与水平 呈 2 5 。 一 5 O 。 左右的斜裂缝 , 以及中跨 L 4附近区域 ( 为中跨跨径) 。其主要形态如图 1 所示。 图 1 腹板斜裂缝示意 F i g 1 Pa r a g r a p h o f c r a c k s i n we b 1 2 底板横 向裂缝 底板横向裂缝即弯 曲裂缝 , 也称垂直裂缝 , 是混 凝土梁受到过大弯矩作用时产生 的裂缝 , 出现在弯 矩最大
13、截面的混凝土受拉 区。随着裂缝的发展 , 可 延伸至腹板区域, 通常出现于运营期间。其主要分 布形态如图2所示。 图 2 底板横 向裂缝示意 F i g 2 P a ra g r a p h o f t r a n s v e r s e c r a c ks i n s l a b 1 3底板纵向裂缝 底板纵向裂缝主要发生于中跨底板合龙束张拉 过程中或在张拉完成后出现。其分布形态如图 3所 示 。 图 3 底 板纵 向裂缝示意 Fig 3 P a r a g r a p h o f p o r t r a i t c r a c k s i n s l a b 1 4 横隔板裂缝 箱梁裂缝主
14、要为箱梁桥横隔板孔洞周围放射型 裂缝和孔洞之间的竖向裂缝 , 主要是 由于孔洞应力 集中产生的。其主要分布形态如图 4所示 。 图 4 横隔板裂缝示意 Fi g 4 Pa r a g r a p h o f c r a c ks i n d i a p h ra g m 2 底板裂缝成因分析及其防治 2 1 底板预应力筋产生径向力和集中力的计算 根据文献 5 规定: 按正常使用极限状态设计 时, 预应力应作为荷载计算其效应。当张拉底板预 应力筋时, 必然使截面产生与使用荷载作用方向相 同的附加荷载效应( 图5 ) , 纵向预应力筋束在张拉 过程中会产生对腹板或底板混凝土 的径向压力( 图 5
15、) 。下面, 来分析连续刚构桥按桥的立面线形布置 的预应力筋对底板产生的效应。 图 5 力筋张拉引起的径 向力示意 F i g 5 Pa ra g r a p h o f ra d i a l f o r c e in t e n d o ns 取微段预应力筋进行分析, 其受力情况如图6 所示 , 若划分为无 限小 , 则 曲线可近似按 圆弧线处 理 , 径向力 q ( x )近似相等 , 在 s 轴上列力 的平衡 方程 : p 。 s i n 0+ s i n 0=9 ( ) ( 0+ ) ( 1 ) 图 6微段 力筋径 向力分析示意 Fi g 6 Pa ra g r a p h o f r
16、a d i a l f o r c e a n a l y s i s i n s t ra n d s 一 般情况 0 很小 , 近似取 s i n 0 0, 则上式简化 为 2 N 。 。 0=2 q ( ) 鲫 得 q ( x )=N p R ( 2 ) 从( 2 ) 式可以得到, 径向力 q ( x ) 随变截面箱梁 底板 的预应力筋曲率半径的增大而减小 ; 若刚构桥 的箱梁高度以及箱梁底板厚度按抛物线变化, 底板 预应力筋按底板 的形状设计为抛物线线形 , 且抛物 2 0 1 0 N o 3 杜斌, 等: 大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因分析及防治对策 7 9 Y = 。 ,
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