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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-09-20浏览：36次
摘要：随着预应力混凝土桥（prestressedconcretebridge）不断取得巨大发展，预应力混凝土桥在中、小跨度范围内现已占绝对优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。但是近年来，随着预应力结构的不断增多，预应力连续梁桥由于施工或设计等的因素所引起的开裂、下挠等的一系列问题屡见不鲜，实际上，对每座桥分析裂缝的性质和特征也是不一样的，混凝土裂缝本身是一个较复杂的问题，它涉及到的混凝土的材料性质、施工及其环境、结构和构造等各种因素，甚至多重因素相互作用影响。然而桥梁裂缝按裂缝的主要成因，简单的可以分为两种，而其中一种就是由荷载直接作用（或由于结构次应力的叠加作用），混凝土超过拉应力的极限而引起的裂缝，亦称为荷载裂缝或结构性裂缝。
关键词：连续梁接缝；槽口；局部应力；裂缝分析
连续梁接缝及槽口处局部应力通常是在集中力扩散至整体结构范围或者当传力结构的外形突然发生变化而导致力流不顺畅时产生的。目前我国大跨径预应力混凝土连续梁桥的设计，大多按照全预应力结构来控制设计，即在理论上要求结构不出现拉应力，然而桥梁结构局部应力大致分布在一个较为集中的范围内，梁系结构计算的基本假定（平截面假定）对于局部应力计算不再适用，否则在大多数情况下，由局部应力所引起的裂缝就会扩散开来，从而降低结构的耐久性，甚至还会降低结构的强度；对预应力连续梁桥的正常运营埋下不可忽视的安全隐患；而本文就预应力局部应力在连续梁接缝及槽口处的裂缝成因作以下分析：
一：锚头和接缝处局部受力裂缝
在预压力的作用下，锚具周围混凝土表层有拉应力，锚下的扩散角范围内混凝土受压应力，(如图1所示)但在此范围内沿传力方向还有一个枣核形的拉力区；这就说明了锚具周围表层及锚下混凝土内应力是比较复杂的，所以对锚固区进行局部受力分析是很有必要的，要计算和考虑横向破裂拉力，进行合理的配筋，以防止锚头处产生开裂；且在分段浇筑接缝处，经常在跨内根据截面内力需要截断钢筋，设置锚头，而接缝处又是混凝土截面最薄弱的环节，容易产生裂缝；其主要原因是：
1）接缝处的混凝土抗拉强度在设计中没有作折减；国内曾对箱梁分段施工湿接缝性能做过试验研究，并建议对湿接缝混凝土抗拉强度取折减系数为0.53；接缝处的混凝土抗拉强度折减系数为：
φ=γJRLJ/γRL；
式中γJ、γ为接缝处非接缝截面考虑混凝土塑性的修正系数
RLJ、RL为接缝与非接缝截面混凝土的抗拉强度；
而在美国《阶段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范》中对考虑节段间接缝类型的折减都有明文规定：在计算接缝混凝土强度时应考虑节段间接缝类型和后张预应力体系的粘接度两个因素。
2）锚后局部拉应力处的受拉钢筋配置不足；锚固区引起局部高压应力而导致蠕变，由于这种蠕变，锚头后面将产生拉应力，锚固区的接缝截面就容易发生粗裂缝。
3）预应力筋在拼接缝处的局部受力考虑不足；在接缝上有时在已锚固的预应力筋上布置接长预应力钢筋，则在接缝面处的受力和变形就很复杂。在接缝拼接处，由于混凝土的局部变形，在预应力传递区内，压应力的分布情况与按照挠曲理论计算的应力可能差别就会很大。图2预应力筋拼接缝处的变形和应力
a）先浇节段张拉；b）后浇节段张拉；c）接缝截面处应力图
上图为预应力筋拼接缝处的变形和应力图；如果考虑温度影响等内力，在锚头区域内的压应力还有可能增大，此时，根据力平衡原理，在拼接锚头之间的压应力必将减小，甚至转变为拉应力。因此对于分段现浇和分段施加预应力的连续梁桥，其结构实际产生的主拉应力要比计算的主拉应力偏大；还有如果预应力筋在腹板内拼接，择顶板或底板由计算得出的纵向压应力必将大大降低，以至在自重和预应力荷载作用下不存在压应力，如果再有其他微小的荷载应力加进去的话，就有可能在这一区域出现裂缝，而且不仅在接缝处，也可能出现在邻近一段距离内。
二：齿块和锚区槽口局部受力裂缝
大跨度预应力混凝土箱梁梁桥，梁的后期预应力束一般要从箱梁的顶板或底板内弯出，在弯出部位设置齿板，并在齿板端部张拉锚固。由于齿板受力集中，局部应力复杂，特别是锚固在梁跨受拉区的底板束，稍有设计不当就会引起底板锚块处混凝土上开裂。从结构整体受力分析上来说，在平面杆系有限元单元法计算中，箱梁的结构断面有考虑和不考虑槽口断面削弱两种计算模型。计算分析表明，腹板锚区产生裂缝对于桥梁的整体安全性影响不大，腹板裂缝基本集中在连续梁跨径的1/4处附近，处于正负弯矩交错区，弯矩峰值不大，（如图3）
图3某桥80+100+80m组合跨径的承载能力极限组合下的弯矩包络图
裂缝的开裂方向与结构受力的主应力方向相反，同时预应力张拉后，锚区粱肋主筋按照施工规范焊接要求恢复后，其各截面可满足强度要求。而从局部应力来分析，我国现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）中对预应力混凝土构件的端部承压强度及局部承压区的抗裂验算提出了要求，但对中间锚固区范围和锚后拉应力的计算无明确规定。在箱梁腹板预应力张拉槽口处是最容易产生裂缝的地方；由于箱梁腹板槽口处预应力张拉、温度影响力及混凝土收缩产生的应力集中是造成结构局部开裂的主要原因。因此对于外侧腹板设张拉槽口的桥梁，除验算整体结构外，还应根据不同工况对槽口应力作局部分析验算。通过上图中某桥中裂缝出现最多的槽口串列式排列部位作为研究重点，运用空间有限元实体单元作局部应力分析，分析计算表明，张拉前方即锚前混凝土均承受压力，而锚后混凝土承受拉力，拉区和压区的分界线与构件的倾角呈45°，槽口处锚下局部最大拉应力达到了4.56MPa，实际上已经超过了规范规定的施工阶段混凝土的抗拉强度3.45MPa，而且在槽口处不断削弱了断面影响，为便于张拉时千斤顶的操作，施工时又将该处腹板内纵向主筋切断，同时把腹板的箍筋也切断了，这样使得腹板的主筋和箍筋都不能充分发挥作用，而且槽口的间距也比较近，仅180cm，槽口至槽口的最小净距仅75.9cm，在此范围内主梁腹板被削弱，这是造成开裂的主要原因。
以上分析了大跨径预应力连续梁现浇接缝处及锚区槽口处的裂缝成因，文中也只是对此处的裂缝成因的主要原因作了分析介绍，而从设计方面来说，影响裂缝生成的原因还有其他诸如：对结构受力的复杂性认识不足、剪力滞效应的考虑不充分、结构或构造不合理、截面或配筋不足、结构物不均匀沉降、超载或偶然作用的荷载影响等因素，这些都是可能引起裂缝产生的因素之一，也是我们今后在工程设计中应该充分考虑到的因素，尽量避免类似情况的发生，以提高桥梁的耐久性。
《大跨径预应力连续梁接缝及槽口处的裂缝成因分析》
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文章名称： 大跨径预应力连续梁接缝及槽口处的裂缝成因分析
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