浅析现浇预应力混凝土箱梁后浇段施工缝开裂的原因及影响

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：2013-02-18浏览：232次

　　摘要：通过建立计算模型进行了计算和分析，并对现有桥梁的现状进行比较，分析预应力现浇梁施工方案的施工方法——预留后浇段设计与施工现浇预应力箱梁施工缝开裂的原因，研究其对结构安全性的影响，以指导实践。

　　关键词：预应力箱梁,后浇段,施工缝,开裂,分析

　　0引言

　　随着交通事业的迅速发展，道路平面设计线性和地点的地形，地物地貌的原因，多个多孔预应力现浇箱梁式现浇箱梁以其整体性好，外形美观，舒适等优点，在桥梁设计建设中已被广泛采用。尤其在城市和公路立交桥得到了越来越广泛的应用，以减少之间的相互干扰，现在大量使用预备后浇段现浇预应力箱梁的设计与施工方法。本文几个大桥建成后，现场发现梁与后浇段接缝开裂，从施工方法和结构应力，研究了裂缝的成因。

　　1预留后浇段施工方法

　　满堂支架是目前桥梁上部现浇连续箱梁最常用的施工方法，也很成熟的施工方法。满堂支架结构不发生转换，不引起恒载徐变二次矩，并一次布置预应力筋，集中张拉等。但存在着施工周期长，消耗大量木材缺陷。尤其是预应力空间的要求，不同的施工期相互影响导致整个周期太长，是迫切需要解决的瓶颈。

　　为了解决施工毗邻联合施工的影响问题，提出了很多方法，有的通过合理安排施工组织解决，一些通过使用逐孔施工，需要时间等待，但这些方法已严重影响周期，为了达到项目的要求，又出现了通过增大端横梁尺寸，端梁浇筑后保留的一些方法改进施工方法，解决相邻联的施工相互干扰问题。[1]

　　预留后浇段施工方法是通过增加端横梁尺寸，施工的箱梁和部分的端梁，后浇段先不施工，对张拉预应力张拉施工留下足够的空间，预应力张拉完成后的后浇混凝土的预应力锚索布置和安排将有一个拉梁，后浇段和端梁形状完美的梁。

　　预留后浇段施工的优点有：

　　1)每个组合箱梁施工，基本不相邻节点约束，可以同时多个工作面，流程操作，确保每一工序之间的衔接。

　　2)节省时间，确保及时完成施工任务。

　　3)施工单位未出现大面积闲置和工作不能工作的现象。

　　2实例计算分析及实桥对比

　　2.1原桥设计状况

　　某立交匝道桥上部结构的2×(3×25)m预应力混凝土连续箱梁的单箱梁，双室，，梁高1.4m，箱梁顶板全宽10.0m，翼缘板悬臂长度2.50m，悬臂端部厚0.15m，根部曲线变厚度，顶板厚0.22m，底板厚0.2m～0.40m，中腹板厚0.40m～0.60m。中横梁厚1.8m，端部预留张拉段，端横梁厚2.5m。跨中设横隔板厚0.20m，底、腹板按斜直线变厚。滴水槽距梁边缘20cm。总体布置图见图1，图2，上部结构横断面见图3

　　桥的纵向部分预应力混凝土按A类组件设计。留出张拉，主梁预应力张拉后，再浇端梁且预应力短梁进行张力。后浇带的端横梁底顶板预留人孔，室内采用单端张拉方法。

　　2.2原桥设计计算

　　原桥上部结构静力分析，利用桥梁博士，GQJS平面杆系分析软件，曲线梁桥，Midas Civil桥梁梁格分析软件，分别对匝道桥承载能力极限状态持续状态，瞬态和持久的情况下正常使用极限状态的计算，考虑恒荷载，活荷载，沉降，温度荷载和混凝土收缩徐变。

　　根据设计和配筋验算，计算得，原桥的所有截面在不同加载条件能满足规范要求。本文不再主要叙述截面计算结果，只给予正常使用极限状态下结合施工缝应力计算结果。施工缝应力计算结果见表1

　　原桥的设计条件，使用常见的桥梁结构分析软件计算，所有截面都能满足规范的要求。

　　2.3原桥实体计算

　　大桥通车了一年后，新的铁路线通过立交桥位，和桥墩位置相冲突，需要改造。重建的任务，提出保持上部结构不变，进行下部的改造设计与施工思路。重建的上部结构，需要临时支座更换。只能设置在箱梁空腹段底板，保证施工安全，我们使用系统有限元分析对上部结构整体计算模型的建立，检查整个结构和升顶升部分地方的承载能力及安全。

　　混凝土材料的计算模型，根据弹性材料计算参数的选择与计算，与C50混凝土材料参数相同，使用4个表面体实体体单元，预应力钢束材料参数及设计参数相同，采用钢筋单元。施工阶段，根据实际施工过程模拟。[2]

　　通过计算，支撑足够的支撑面积后，局部支承于底板，混凝土应力满足各项指标要求，与按《公路桥规》中抗冲切计算的承压面积相接近。

　　观察计算结果，意外发现横梁后浇段施工缝附近的正应力，主拉应力和剪应力严重超出混凝土能承受的压力。梁施工缝附近的应力情况如图4～图6

　　应力图可以看出，梁体99.4%的正应力在0.95Mpa拉应力和9.99Mpa的压应力，混凝土拉伸、压缩满足要求。中墩底部分的最大拉应力的0.91Mpa，满足混凝土强度要求。在施工缝端侧应力为主拉应力，附近的腹板存在最大拉应力的4.93Mpa，超过设计值1.83Mpa;在施工缝跨中多为压应力，附近腹板的最大压应力10.98Mpa。施工缝两侧腹板压力产生变异，容易造成施工缝处开裂。

　　通过剪应力可以看出，梁体99.7%的剪切应力小于1.76Mpa，少于0.7 ftk = 1.855Mpa，符合抗剪要求。在施工缝附近的腹板有较大的剪切应力，最大应力3.48Mpa，基本上沿着施工缝方向，容易使梁体产生沿着施工缝的环向裂缝。

　　主拉应力图可以看到，梁主体98%主拉应力小于1.56Mpa，小于0.7ftk = 1.855Mpa，满足混凝土抗拉强度要求。中墩的位置的主拉应力较大的点约束的位置，我们计算约束简化为支撑点，从而支座范围的单位应力误差，可以不考虑。拆下支座范围内的单元，中墩最大拉应力的l.17Mpa，满足强度要求。在施工缝端侧腹板有较大的主拉应力，最大主拉应力5.55Mpa。同羊说明施工缝附近易产生裂缝。

　　同时，为确定应力是施工或设计造成，我们不改变配筋设计，将施工步骤改为一个阶段的计算，计算发现一阶段和分步施工时应力计算结果差别不大，并认为它是设计时仅由杆单元和梁格法计算，该法计算应力都为平均应力，与实体单元计算有一定的误差。

　　2.4桥梁实况

　　在桥梁改造施工中，发现主梁梁端后浇段施工缝裂纹的存在，裂缝宽度较大。经现场调查，除匝道桥外，其余采用后浇法施工箱梁，施工缝有裂缝出现，这表明问题不是偶然的。后来在市政桥梁检测，也发现了大量采用施工方法的现浇箱梁施工缝有开裂现象，最大裂缝宽度宽度到2mm～5mm主梁梁端后浇段施工缝处裂缝见图7图8

　　在监测裂缝宽度的变化，慢慢地吊梁，在监测过程中未发现裂缝宽度明显改变。同时，汽车荷载运营下进行观察，未发现裂缝宽度的现象。这些表明，裂缝在施工阶段形成，受活载影响小。

　　3结语

　　梁端预留后浇段的施工方法给现浇预应力梁的施工带来了很大便利，但给设计和施工也带来了一些问题。施工时注意事项增多，尤其是梁端支架设计应保证梁端支承反力荷载，这与一般的满堂支架施工支架的设计有所不同。同时，得出以下结论：

　　1)施工缝是端梁最弱的部分，而主拉应力极限，由于有薄弱竖面，使主拉应力的释放，因此没有形成450斜裂纹。

　　2)在施工缝两侧的正应力，出现一边是拉应力，另一边是压应力，从而导致施工缝早期开裂。[3]

　　3)通过以上分析，施工裂缝具有必然性，设计的要求必要增加梁端截面预应力索结构。

　　4)选择合理的施工缝位置值得研究，设计上施工缝应选择离开正拉、主拉应力大的地方。

　　5)现实桥施工缝开裂是一个破坏性裂缝，影响结构的安全和耐久性，需要进行具体研究。

　　6)实桥加固应增加抵抗正应力和主拉应力作用的抗力索，通过箱内端横梁钻孔，顶板和底板布设新齿板，进行体外预应力索来完成。

　　参考文献:

　　[1] 郝继峰,吕剑锋,马保林等.现浇预应力混凝土箱梁后浇段施工缝开裂分析[J].山西建筑,2012,38(12):194-196.

　　[2] 梁东.现浇预应力混凝土箱梁施工技术探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(15).