预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施（共7篇）

篇1：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

摘要:针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析和对预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝比较普遍的现状，分析了常见的裂缝形式及其成因，指出目前用于箱梁计算的平面杆系理论或空间梁格理论的局限和不足，提出用梁段单元空间分析法对箱梁进行计算;总结设计经验和教训，借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法，对预应力混凝土连续箱梁桥的构造设计提出了建议，并对容易导致裂缝的施工环节提出了具体的要求。

关键词:温度效应；裂缝；箱梁；梁段单元法；构造设计

针对混凝土预制箱梁在各个施工阶段的日照温度场进行监测，取得施工各阶段混凝土预制箱梁的日照温度场分布资料，利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算和对目前预应力混凝土连续箱梁桥出现裂缝问题比较普遍的现状，并考虑该问题涉及到设计、施工、监理等各个方面，因此浙江省公路局会同有关单位对该类桥梁裂缝问题做了大量调查研究工作，并对调查研究工作过程中所发现的问题进行了分析，总结出若干结论，以供设计、施工、监理等参考。

1.研究分析混凝土预制箱形梁在各施工阶段的日照温差作用下，箱梁温度梯度随时间变化在箱梁横向和箱梁截面高度方向的变化模式。

通过试验资料的整理工作，总结混凝土预制小箱梁温度场和温度梯度的特点，通过试验资料的分析，提出混凝土预制箱梁的温度梯度计算模式，并与相关规范规定的计算模式进行对比分析。

利用所提出的混凝土预制箱梁温度梯度计算模式进行桥梁温度应力计算，并与利用相关规范规定的计算模式所得温度应力结果进行对比分析，在分析研究的基础上，为设计、施工和桥梁健康评测等工作提出若干建议。

2.主要裂缝形式及其原因： 裂缝常见形态及分布如下:(1)预应力混凝土连续箱梁主要结构性裂缝均分布于距支座L/《L-跨度)附近的腹板上，约呈45。分析认为出现这种裂缝主要是由于箱梁支座附近剪应力过大，腹板抗剪强度不足，以及主拉应力方向安全储备考虑不充分等因素所致。(2)箱梁顶底板的纵向裂缝和横向裂缝。分析认为这种裂缝主要是由于梁弯曲应力和 21

板局部应力估计不足而产生。

3.设计计算理论的改进

(l)目前预应力混凝土连续箱梁桥计算软件多数按平面杆系单元编制，也有按梁格理论考虑空间计算，但它们均不能完全反映预应力混凝土连续箱梁桥结构受力特性，因此有必要按梁段单元编制空间分析程序，充分考虑箱梁畸变、剪滞、板局部弯曲、混凝土收缩徐变及温度作用，计算分析预应力混凝土连续箱梁桥极限承载力和正常使用极限状态。

例如:目前出现常规性裂缝的部分已建预应力混凝土连续箱梁桥按平面杆系单元计算其配筋和混凝土强度均满足规范要求，但按梁段单元进行空间分析校核时，发现其裂缝处主拉应力或正应力超过了规范允许值。

运用ANSYS国际标准通用有限元分析软件对省内高速公路某预应力连续箱梁大桥做了分析，并对平面与空间有限元分析的结果进行了比较，结果明显大于平面分析结果，并且平面分析的第一主应力均为绝对值较小的压应力，而空间分析结果均为拉应力。可见，虽然按平面分析时的计算结果都为压应力，均满足规范要求，但按空间分析得到的结果都为拉应力，且绝大部分的拉应力值超过了规范容许值.(2)应进一步深人理解高强度混凝土的力学特性，设计时必须控制好材料的拉应力和压应力。例如:对比国外桥规，我国现行桥规混凝土拉应力和压应力取值均存在不同程度的偏高口，混凝土主拉应力取值偏高约2倍，混凝土压应力取值偏高约5一20%，且活荷载取值偏低约25一30%。因此按现行桥规设计桥梁时建议适当降低混凝土使用应力和提高安全系数为妥。

(3)对混凝土的温度应力要有正确的认识，在现行桥规不尽合理的情况下，设计人员进行温度应力分析时，可以借鉴国外桥规相关规定及铁道部关于箱梁桥温度分布测试研究得出的温度梯度模式。

(4)进行预应力混凝土连续箱梁桥设计计算时，除考虑温度应力外，还应考虑混凝土徐变与收缩应力、支座沉降、荷载冲击系数和荷载应力。

(5)理论计算模型与实际结构总是存在着一定的“差异”，由此导致计算结果与结构的实际应力的误差，因此，在具体进行预应力连续箱梁桥设计时，要求结构各截面的应力应具有一定的安全储备。

4.设计构造的建议由于现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023一85)的许多内容明显滞后于当前的工程实践，有些条款实际是基于简支梁桥制定的，因此难以及时指导迅速发展的工程实践。鉴于这种情况，预应力混凝土简支箱梁桥的设计构造除应认真研究利用现行公路桥梁设计规范外，还应该结合设计经验和教训，积极借鉴钢析梁和箱梁裂缝加固比拟法思想和国家 22

其他部门制定的相关标准及有关国外标准。

(1)工程类比思想—比拟法的引用：A、钢析梁桥抵抗剪力比拟法铁路上的武汉长江大桥、九江长江大桥、芜湖长江大桥均属连续钢析梁桥，其剪力由斜腹杆承受，扭转和畸变由主析架平联、桥门架、横联承受，假如钢析梁四周布置钢筋，浇一层混凝土，就可抽象为连续钢析梁骨架混凝土箱梁桥；B、预应力混凝土连续箱梁裂加固比拟法根据文献可知，如果在直裂缝方向每隔30cM粘贴钢板条，对比钢筋混凝土梁桥配筋要求，所粘钢板条正好和抗剪钢筋受力一致。因此，参照钢彬梁桥设有专门抗和抗扭构造，及预应力混凝土连续箱裂缝加固增设抗剪钢板条，采用工程比法思想，预应力混凝土连续箱梁桥缝防治办法可借用上述抗剪和抗扭造，解决其混凝土强度等不足的问题。

(2)其他设计构造措施

A、重视非预应力钢筋的配置非预应力钢筋包括纵向分布钢筋或受力钢筋，特别是箍筋和抗裂钢筋(对构件的抗剪、斜截面强度和主拉应力的贡献是非常大的，而且混凝土强度等级越高，箍筋的套箍作用越显著)。如美国桥规(l994年版)规定:①在斜裂缝极有可能出现的所有区域中需要设置横向钢筋(最好设置与裂缝垂直的斜箍筋)。②横向钢筋根据结构受力情况可设置与受拉纵筋成不小于45。度的斜箍抗裂钢筋，并与垂直钢筋(与构件轴线垂直)焊接成钢筋网。

B、加强端隔墙和支座隔板端隔墙和支座隔板是抵抗箱梁畸变与扭转的根本构件。为防止端隔墙和支座隔板的开裂，建议隔墙或隔板开口为椭圆形，并为椭圆形配置构造钢筋。

C、提高钢筋与混凝土的粘结力采用较小直径的钢筋，分散布置，尽量使用螺纹钢筋，避免采用光面钢筋，这些措施可有效提高钢筋与混凝土的粘结力，可避免裂缝或使裂缝间距和宽度较小。

D、重视抵抗局部应力的配筋在锚固区，预应力筋弯起处等部位加强配筋，可以有效防止产生顶、底板的齿板裂缝和曲束裂缝。当梁高大于1时，为控制梁的腹板收缩裂缝，在腹板两侧沿梁高应布置一定数量的纵向水平钢筋。

5.几施工养护的措施

(1)混凝土质量引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:定期测定砂、石料含水量，严格控制水灰比和骨料级配及砂、石含杂质和泥量，这是混凝土质量的基本保证，也是现阶段施工中最易忽视的问题，施工监理单位必须严格把关，其次混凝土施工工艺必须按规范执行，结构内部布置防裂钢筋，以提高混凝土的抗裂性能。

(2)温度应力引起的非结构性裂缝，可采取如下防治措施:设计时应重视温度应力的影响，可采取施加横向预应力、配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安 23

全储备等措施来防止裂缝的产生。

(3)混凝土收缩应力引起的裂缝，可采取防治措施:施工时严格控制混凝土配合比，不应为了提高混凝土强度(或早期强度)用增加水泥用量的办法，使用减水剂应谨慎合理，同时加强振捣以减少水化热，大体积混凝土应采取分层浇筑的方法。重视馄凝土的养护工作，尤其是初期养护，因为浪凝土的初期养护条件直接影响其抗拉强度增长的快慢，如混凝土的收缩应力最初阶段没有引起混凝土开裂，随着时间的延续，由于混凝土徐变的影响，收缩应力将会减小，产生收缩裂缝的可能性也就减小。

(4)施工不当引起的裂缝，可采取如下防治措施: 改进施工方法和施工工艺，例如:竖向预应力筋由于伸长量小，混凝土收缩回弹量大，必须反复张拉，以确保实际竖向预应力达到设计要求;横隔板裂缝应通过改善临时固结支座的布置，有效地限制裂缝的产生，同时在横隔板内布置加强钢筋或钢筋网，以提高横隔板的强度和刚度;另外，通过在桥面铺装层增设横向钢筋，加强桥面板与桥面铺装层的粘结，可达到减少裂缝的目的。

6.结语

根据预应力混凝土简支箱梁桥产生裂缝原因分析及防治措施的研究，可以综述如下:(1)通过对混凝土预制小箱梁桥三个施工阶段日照温度场的实桥观测，确定了各个施工阶段对混凝土预制小箱梁日照温度场的影响方式和影响大小；确定了混凝土预制小箱梁日照温度场和温度梯度的特点，为混凝土预制小箱梁桥的研究和设计工作提供了定性指导；通过对实桥项目三个阶段的温度观测及观测数据的整理，得出了混凝土预制小箱梁桥日照温度场分布特点的几个结论，其中，混凝土预制小箱梁桥桥面铺装对箱梁日照温度场影响较大对于小箱梁组合截面梁桥，边箱梁的内侧与外侧温度场差异较为明显等特点对今后的研究及设计工作具有参考作用。

(2)关键是在设计时，认真计算和验算，合理布置预应力筋和构造钢筋。在现行设计规范、设计手册的基础上，采用空间梁段单元计算方法(但普通梁单元并不能全面反映混凝土梁畸变，面外弯曲和主拉应迹线等计算，应采用应变连续的空间梁段单元进行分析才行)。参照国家标准或国外桥规，针对主要结构性裂缝形式及原因，建议预应力混凝土连续箱梁桥设计方法在原设计方法的基础上增强构造措施和配置适量预应力钢筋及足够数量的非预应力钢筋的办法处理，防止结构性裂缝。

(3)其次是严格控制施工过程和施工工艺，确保施工质量，尽可能避免开裂或减少非结构性裂缝，同时对非结构性裂缝妥善处理，控制裂缝发展，封闭裂缝，使裂缝不至子对结构产生过大的危害，保证结构的正常使用。

总之，对于预应力混凝土连续箱梁桥的裂缝问题，设计、施工和监理人员都应该严格把关，针对各种具体情况采取必要的措施。

参考文献

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篇2：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

摘要：在迈入21世纪之后我国国民经济水平得到提高，桥梁事业也得到创新发展，各种桥梁施工裂缝处理技术取得良好的进展。预应力混凝土连续箱梁桥裂缝问题成为了桥梁施工中最为主要的问题。如果出现裂缝那么则会对构件外观美观程度有所影响，并且也会对整个桥梁工程的结构稳定性以及使用寿命产生影响。

关键词：预应力;混凝土连续箱梁;腹板;裂缝

预应力混凝土连续箱梁桥因为具备抗弯抗扭刚度大以及行车平顺舒适的特点，在我国工程界受到欢迎。现如今，在社会经济的快速发展下，高速公路以及城市道路成为了工程建设的主要内容。预应力混凝土连续箱梁桥作为主要的桥型之一，逐渐备受关注。但是，在伴随着质量意识的不断提升下，预应力混凝土连续箱梁桥会呈现出不同程度的裂缝，不仅会对桥梁的美观产生影响，并且也会影响整个桥梁的稳定性与安全性。所以，积极探索预应力混凝土连续箱梁桥具有十分重要的现实意义。

1、工程概述

南华路匝道在中心桩号AK0+444.000处与韶关大道斜交，新建南华路匝道桥上跨韶关大道。匝道桥总长379.38m，跨径组合为：(3×30)+(3×35)+(3×30)+(3×30)m。

其上部结构：

(1)采用预应力混凝土连续箱梁，横断面为单箱双室斜腹板断面。

(2)箱梁顶底板平行，由箱梁整体扭转形成桥面横坡。

(3)预应力混凝土箱梁采用C50混凝土，预应力钢束采用φs15.20钢绞线。

(4)支座采用GPZ系列盆式橡胶支座。

(5)混凝土箱梁桥面采用10cm厚沥青混凝土铺装。

(6)内外侧护栏均为防撞护栏，防撞等级A级。

下部结构：桥墩采用独柱桥墩，钻孔灌注桩基础;桥台采用薄壁式桥台，钻孔灌注桩基础。墩柱采用C40混凝土;桥台采用C30混凝土。桩基础包括嵌岩桩和摩擦桩两种类型，采用冲击钻成孔。桥墩桩径1.5m，桥台桩径1.0m;均采用C30水下混凝土。

现浇箱梁采用支架法整体施工。支架采用满堂式碗扣支架。底模和内模采用高强度覆膜竹胶板，外侧模采用钢模。第一联施工：先浇筑底板，后浇筑腹板跟面板，两次浇筑时间间隔约20天，拆模后发现中腹板跟边腹板均出现多道竖向裂缝，裂缝间距2～3m一道，缝宽0.1～0.2mm左右。第二联施工：先浇筑底板跟腹板，后浇筑面板，两次浇筑时间间隔约10天，拆模后一切符合要求。

2、预应力混凝土连续箱梁桥裂缝原因

2.1设计方面存在的原因

2.1.1设计结构不合理。桥梁所处的位置因素是影响桥梁结构型式的关键所在，在桥梁设计方案选择的时候，需要采取预应力混凝土连续箱梁，但是如果箱梁横截面形式或者顶底板厚度等参数确定不合理，那么则会出现不同程度的裂缝。

2.1.2结构计算模型不合理。现阶段有关预应力混凝土连续箱梁桥的设计主要采取平面杆系单元进行，但是由从结构整体受力性能分析，如果想要满足设计需求，需要选择构成空间薄壁，但是平面杆系法无法对箱梁的各种力学性能进行考虑，从而导致计算结构与实际受力状态会存在非常大的差异。在结构计算的时候会有所不同，会造成结构开裂现象。

2.2施工方面存在的原因

2.2.1施工材料性质不高。在施工过程中由于所采用的混凝土标号偏低，并且钢筋处于劣质，或者强度比设计值要低，那么则会引起预应力混凝土结构出现裂缝。

2.2.2施工质量控制不高。第一是由于箱梁的顶板、底板以及腹板内的钢筋设计间距比较小，或者在配置混凝土的时候骨料比较大，混凝土难以捣实，导致钢筋与混凝土之间的握裹力得到降低，在受拉区会形成裂缝。第二是在采取满堂支架浇筑箱梁的时候，因为支架基础强度不够，所以会引发支架出现非弹性变形，支架下沉，后箱梁会产生不规则的裂缝。同时因为裂缝还处于桥梁运营阶段，所以会继续朝着抗拉区继续发展。第三是现浇预应力箱梁的支架以及模板拆除的比较早，导致箱梁在非常大的瞬时荷载作用下形成施工裂缝现象。第四，在分层或者一次性浇筑过程之中，因为混凝土的水化热以及收缩会在结构表面、厚薄交界面处引发表面拉应力，当超过抗拉强度之后，结构便会开裂。第五是预应力混凝土箱梁桥在施工的时候为了加快施工工期，会在混凝土中添加早强剂，这种方式虽然会在表面让混凝土强度达到设计标号，但是由于混凝土的收缩以及徐变量得到增大，从而会超过设计的计算值，进而引发裂缝现象。

3、预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治措施

3.1加强设计阶段的预防

在整个设计阶段需要严格按照相关的规章制度以及标准，保证理论计算模型与实际结构相符合，并且荷载取值要保证准确性，尤其是对温度、收缩、徐变以及不均匀沉降等参数的取值需要符合实际。从整体角度分析，预应力筋与普通钢筋的配置需要科学、合理，并且局部构造要处理得当，避免在断面处产生应力集中，除此之外，在配备钢筋的时候需要对施工的可行性进行考虑与分析，将应该注意的内容利用施工图纸交代清楚。

3.2加强施工阶段的预防

施工单位需要严格按照施工图进行施工，保证临时支架符合设计要求，并且桥梁上的荷载不允许超过规定要求。混凝土的振捣需要保证密实与均匀，防止过振或漏振，避免出现蜂窝以及空洞的出现。混凝土浇筑过程之中还要将混凝土的分层浇筑顺序进行优化，如南华路匝道桥第一联施工，由于施工工序不合理及两次浇筑时间间隔过长，先后两次浇筑的混凝土产生的收缩徐变相差过大，在结构薄弱处产生收缩裂缝。值得注意的.一点是混凝土需要加强养护，临时支架和模板不能过早拆除，保证混凝土强度达到设计要求方可拆模。一次性浇筑的大体积混凝土则需要将水化热的散热问题处理好，保证混凝土强度应该达到允许值，只有如此，才能保证混凝土不会因为强度不足而出现开裂现象。

4、结语

从整体角度分析，预应力混凝土连续箱梁桥属于当前比较成熟的桥梁，但是从全局出发，在实际工程之中会存在各种类型的裂缝。预应力混凝土连续箱梁桥裂缝是一个比较复杂的问题，涉及到了设计、施工等诸多因素，如果其中的任意一个环节出现疏忽，那么均会导致裂缝现象，严重的会发生钢筋锈蚀，对桥梁的寿命有所影响。本篇文章从具体工程出发，对预应力混凝土连续桥梁出现裂缝的原因进行分析，并简单提出解决措施，以此提高桥梁工程的有序发展。

参考文献

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篇3：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

预应力混凝土大跨径连续箱梁桥,在施工阶段或使用阶段,普遍在边跨现浇段和支座附近至1/4跨范围的腹板出现各种不同性质的裂缝问题。通过观测、数值计算与理论分析,确定了斜裂缝发生的原因,并提出了防治腹板斜裂缝的设计建议和构造措施,可供同类桥梁设计作为参考。

2 斜裂缝发生的部位与型式

为了研究预应力混凝土连续箱梁桥裂缝发生的部位与裂缝的型式,先后对两座预应力混凝土连续箱梁桥进行了裂缝调查:第一座桥梁的结构是:56m+80m+56m三跨变截面单箱双室连续箱梁桥,支点箱高5m,跨中箱高2.4m,桥面宽16.25m,设计荷载为汽车—超20级,挂车—120;第二座桥梁结构是:52m+3×80m+52m五跨变截面单箱单室连续箱梁桥,腹板厚度由支点0.6m渐变至跨中0.35m,桥面宽16m,设计荷载为汽车—20级,挂车—100。

调查结构两座桥的裂缝基本相似,主要表现为边跨现浇段腹板和支座附近1/4跨范围腹板45°斜向裂缝。第一座桥梁是在运营一段时间之后出现裂缝,第二座桥梁是在竣工质量验收时就发现桥梁主跨箱梁的部分腹板上出现了较多的裂缝,主要分布在跨中箱梁腹板以及在与边跨桥墩相接的现浇段箱梁腹板上,裂缝在上下游两侧基本对称,与桥轴线成45°左右。从裂缝分布与方向分析,这些裂缝属于结构性裂缝,是由于主跨箱梁承受了较大的剪应力,因而在腹板上出现了斜裂缝。

3 数值计算

为了深入探讨腹板斜裂缝产生的原因,用平面有限元与空间有限元对第一座桥梁进行了计算,并给出计算结果。

3.1 平面有限元分析

采用桥梁结构平面杆系有限元软件进行结构分析,全桥划分为86个节点,85个单元,单元划分根据施工图中的连续箱梁一般构造图的分块方案,平面分析计算简图见图1。成桥阶段计算按两种不同的竖向预应力大小进行计算:预应力1(竖向预应力按设计张拉控制力的50%考虑),预应力2(竖向预应力按设计张拉控制力的30%计入)。每一种情况均分8种工况、6种组合进行计算。表1列出了两种预应力条件下组合6(一恒+二恒+支座沉降+顶底板温差10℃+汽车—超20级)第一主应力的计算结果。

3.2 空间有限元分析

箱形梁桥可以作为典型的折板结构来分析,有限单元采用平面应力与弯曲复合的板壳元,每个节点6个自由度。全桥划分为5893个节点,6112个单元。预应力效应用等效荷载计入,汽车荷载利用影响线动态加载。全桥纵向单元划分见图2。

为了分析腹板上的纵向预应力布置方式和竖向预应力大小对腹板纵向预应力的影响,分3种预应力应力情况进行计算。每一种预应力条件下进行7种工况计算,5种工况组合。表2列出组合5(一恒+二恒+支座沉降+顶底板温差10℃+汽车-超20)在16号墩附近腹板的剪应力与主拉应力值,表3列出边跨现浇段腹板的剪应力与主拉应力值。

3.3 计算结果分析

(1)腹板剪应力受中间支座负弯距区段预应力筋布置方式(直线束或弯起束)影响不大。从表2的第1栏和第3栏数据看,只在负弯距区段腹板上部有14%左右的影响。而表3的第1栏和第3栏数据显示,边墩现浇段范围腹板剪应力几乎不受影响。

(2)表2与表3的第3栏和第5栏的计算结果明确表示,竖向预应力大小对腹板剪应力没有影响。

(3)中间支座负弯距区预应力筋布置方式对该预应力筋作用范围内的腹板主拉应力影响很大。从表2可以看出,直线布束与弯起布束相比,腹板主拉应力增大33%～268%。但布束方式对边墩现浇段腹板主拉应力影响不大,表3的数据也说明了这一点。

(4)竖向预应力大小对全桥范围内腹板主拉应力均有影响。表2显示了中间支座1/4跨附近腹板主拉应力受竖向预应力大小影响的程度;表3则表示边墩现浇段箱梁腹板受竖向预应力影响的大小。两组数据表明:不计竖向预应力作用与计入50%设计张拉控制力相比,腹板主拉应力相差1倍左右。表1的平面分析结果也说明了同样的问题。表1的数据表示,当腹板竖向有效预应力由50%设计张拉控制力减小为30%时,第一主应力(压应力)减小40%。

4 理论分析与规范比较

(1)箱梁为空间结构,受力复杂。但箱梁腹板仍可简化为平面应力状态,主要应力为腹板平面内的纵向正应力бY、竖向正应力бZ,剪应力τYZ,而横向正应力бX,以及剪应力τXZ、τXY数值极小,可以忽略不计,空间有限元分析的结果也验证了这一点。在二向应力作用下,主应力计算公式为:

$б=\frac{1}{2}(б{}_{\text{Y}}+б{}_{\text{Ζ}})\pm \frac{1}{2}(б{}_{\text{Y}}-б{}_{\text{Ζ}}){}^2+4\text{τ}{}_{\text{Y}\text{Ζ}}^2$

从上式可以看出,纵向预压应力使主拉应力大为减小,如果再在竖向施加足够大的压应力,则可以全部消除主拉应力,使第一主应力和第二主应力均为压应力。从表2和表3的预应力1的计算结果看,当剪应力很大时,主拉应力并不大。而一旦бY与бZ压应力减小甚至为零,则主拉应力增大甚至与剪应力数值大小相等。

(2)我国的大跨径预应力混凝土连续箱梁经常出现裂缝,分析其原因有2个方面:一是设计时没有充分考虑斜截面抗剪,非预应力钢筋特别是腹板中的箍筋和弯起钢筋设置过少,一旦竖向预应力损失过大,斜截面抗剪承载力将严重不足,从而导致腹板出现斜裂缝;另一方面,与国外设计规范相比,我国桥梁规定偏于不安全。从表4可以看出,对全预应力结构的容许主拉应力值,日本和德国的规定比较接近,都明显低于我国公路规范和铁路规范。

5 斜裂缝防治措施与建议

(1)腹板斜裂缝是预应力混凝土连续箱梁桥常见的裂缝形式,是结构性裂缝,受腹板纵向预应力布置方式和竖向预应力大小的影响。

(2)中间支座负弯距区预应力筋布置方式对支座附近1/4跨范围内腹板主拉应力影响很大,但对边跨现浇段腹板主拉应力影响不大。

(3)竖向预应力大小对全桥范围腹板主拉应力影响较大。当竖向有效预应力按张拉控制力的30%和0考虑时,与按50%考虑相比,腹板主拉应力分别增大40%和100%。

(4)为防治腹板斜裂缝,一方面预应力布束要合理,使腹板剪应力在纵向和竖向预压力作用下产生的主拉应力不致过大;另一方面要保证施工质量,使长度较短的竖向预应力有效值与设计值一致。

(5)为提高腹板斜截面抗裂性,除预应力配束合理外,还要配置一定数量的箍筋与弯起钢筋,如双肢箍筋。并且腹板厚度不宜太薄,对于大跨径箱梁可设计为60cm。

(6)设计人员在确定结构安全性时,使用状态容许主拉应力值可适当参考日本和德国规范。

摘要：研究了大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁桥在边跨现浇段和支座附近的斜裂缝问题,提出了防治腹板斜裂缝的设计建议和构造措施,供同类桥梁设计作为参考。

关键词：连续箱梁,腹板斜裂缝,构造措施

参考文献

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篇4：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

预应力混凝土箱梁桥腹板施工是一项具有独特特点、拥有跨度能力强、性能良好等优点。在一般的高速公路与桥梁架设中被广泛的运用起来，由于箱梁桥自身的结构存在一定的缺陷与不足，因此，在出现腹板裂缝情况时会非常严重，而出现裂缝的原因主要是因为预应力在张拉的过程中出现的。本文就裂缝形成的主要原因展开分析，并提出相应的解决对策。

一、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因

1、设计方面的原因

1.1箱梁设计的模式不合理是造成裂缝的主要原因，根据一些实际的施工经验可知，如果在没有经过精细设计与计算的情况下，可以通过T形梁的规定来做出处理。但在实际的情况下，T形梁与箱形梁之间所受到的具体力的情况后还是有较大的差别的。T形梁与实际的受力计算较为接近，因此设计的主筋可以充分的发挥出来，并且横向荷载的影响也较小。但与T形梁不同，箱形梁会受到纵向与横向的荷载作用，如果还要按照T形梁的施工方式来处理很容易引起裂缝。

1.2另外，在进行设计时，一般由于会考虑到应力钢筋的设计，而对非预应力钢筋的设计考虑的确不够，且很多对非预应力钢筋的数量设置也不够。尤其需要特别注意箍筋与弯起钢筋，如果考虑不周全，甚至出现直接不设置弯起钢筋的情况。这样一来，当预应力箱形梁中的纵向或者竖向预应力增大时，一旦超过了承受力，就极易出现腹板裂缝等现象。

1.3此外，工程中对于腹板的厚度、竖向以及纵向的预应力钢筋的设计不合理也是导致裂缝的重要因素。根据腹板厚度的不同，相应的主拉應力也会产生较大的影响，如果腹板使用相同的厚度，可能会导致梁根部的主应力变大的情况，这样一来就很容易造成不良的影响。所以，针对腹板的设计要求，必须全面考虑腹板内部的主拉应力影响，应考虑是否在预应力顶板的下方设置弯钢筋束，以控制裂缝现象。

1.4从相关的规定中可以总结出，如果工程施工前没有实际的资料，则可以假设温度差范围在+5℃，桥面是均匀分布的情况。而实际的情况是，桥梁的界面高度是伴随桥的方向而变化的，如果按照相关的假设的情况下设计，桥跨中的温度梯度会相对比支座附近的温度梯度大，因此就会出现温差应力较大的情况。

2、施工方面的原因

除此之外，桥腹板裂缝产生的原因还有可能是施工方面的原因，施工方面的原因，主要在以下几点。第一，在安装模板时，如果安装不合理或者不到位，很可能在浇筑混凝土时出现变形或者移位的现象，从而导致腹板厚度达不到标准。第二，针对设计预应力钢筋张拉力设计时，如果没有按照设计规定的规范来进行，如果达不到要求，波纹管的具体位置就会产生偏移而影响腹板的内力。第三，如果灌浆不依照设计的要求来进行，甚至不进行灌浆操作，结构的预应力将会大大减小。其次，对于支架地基的施工不牢固，也会造成支架下沉而导致裂缝的产生。第四，如果箱梁的骨架钢筋过多，且钢筋之间的间距太小，在进行混凝土振捣操作时就会较难，导致振捣的强度就不够。此外，混凝土施工完成的后期，如果没有进行合理的后期管理与养护，混凝土的强度不足，各项参数不合标准，势必会引起裂缝。

3、应力松弛原因

伴随着桥梁的使用时间增大，桥梁受到钢筋应力松弛与混凝土收缩徐变等的影响，使得箱梁的预应力损失，这也是裂缝产生的重要因素之一。

二、预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝控制措施

1、优化设计

就我国现行的桥梁主预应力值设计规范来说，还不够全面与完善，这就要求设计人员在设计时可以借鉴国外的一些范例。如在做温度应力的相关分析时，可以使用实际桥梁观测与温度场有限元分析的方式，并参照国外与我国的相关规定来设计。针对预应力钢筋设计时，应合理的设置预应力弯钢筋束。如果是U型竖向预应力钢筋的设计则可以使用单排或者双排交错布置的设计形式，而对于非预应力的钢筋设计来说应合理的安排设计来辅助预应力钢筋。此外，针对腹板和混凝土的设计必须按照相关的规定，达到设计的厚度与强度要求。

2、混凝土箱梁桥腹板的施工过程控制

前面说到，施工方面引起裂缝的原因也很重要，针对施工方面的裂缝因素应着重看待。首先，必须加强施工过程中的管理与监督工作，保证施工人员的操作规范与科学。其次，在进行混凝土的浇筑工作时，要密切注意混凝土的密实度要求，严格浇筑的顺序与工艺，控制好新老混凝土施工之间的时间差，完成之后还应安排相关的专业人员进行维护。此外，对于支架地基的牢固性要求必须在施工时进行承载力的监测，明确达到设计要求与规范后才能投入使用。而对于混凝土的模板与支架安装位置设计必须按照事先设计的要求进行，准确的找好位置，安装后还要进行加固处理。拆模的时间与顺序也需要按照规定进行，对于预应力钢筋的张拉必须严格按照设计来继续拧，控制好孔道的偏差，保证施工各环节的质量。

结语

总而言之，伴随着我国国民经济的飞速提升，我国公路桥梁的建设规模也逐渐扩大，对于交通建设问题也越来越多。针对桥梁建设的腹板施工裂缝问题逐渐成为了大众关注的焦点。就桥梁施工的裂缝问题所带来的危害而言，预应力混凝土箱梁桥因为种种优势，被广泛运用于裂缝的处理问题上。针对裂缝产生的外部原因与施工原因来说，要从企业自身的情况出发，提高企业的建设水平与监管力度，针对产生的原因采取相应的措施，进一步提高自身技术与水平，保证桥梁施工的质量。

参考文献

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篇5：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

刘燕明

中铁十七局集团第三工程有限公司，河北 石家庄 050227

摘 要：预应力混凝土箱梁有害裂缝的存在，会威胁到结构安全，降低结构的使用寿命，严重影响结构物的耐久性。文中分析了裂缝分类及产生原因，并阐述裂缝防治措施。

关键词：预应力混凝土箱梁；裂缝；成因；对策

一般情况下，混凝土结构均是带裂缝工作，但若裂缝超过限值，不仅会影响工程的外观质量，还会降低抗渗和抗冻能力，并会导致钢筋锈蚀，影响结构物的耐久性。研究混凝土箱梁裂缝类别、成因及对策，是十分必要的。预应力混凝土箱梁裂缝现象

1.1 预应力筋锚固处的裂缝

通常发生在梁端或预应力筋锚固处，裂缝比较短小。发生在梁端时多与钢丝束方向一致，在锚固处时与梁纵轴多呈30°~ 45°角。在运营初期有所发展，但不严重，以后会趋于稳定。这种裂缝主要由于端部应力集中，混凝土质量不良所致。

1.2 腹板收缩裂缝

大多在脱模后2~3天内发生，裂缝通常从上梁肋到下梁肋，整个腹板裂通，宽度一般为0.2~0.4mm，施加预应力后大多会闭合。这种裂缝多为混凝土收缩和温差所致，如极低的外界温度，混凝土未保温养生等，使应力分布不均。

1.3 悬臂梁剪切裂缝

剪切裂缝出现在腹板上，看起来近似按45°角倾斜，一般出现在支点与反弯点之间的区域。剪切裂缝产生的主要原因是：预应力不足；超载的永久荷载；二次应力；温度作用等；此外，设计中缺乏对多室箱梁腹板内剪力分布的认识，设计时未考虑横截面的实际变形，没有重复检算力筋截断处的左右截面受力情况等，也可导致此类裂缝的出现。

1.4 悬浇箱梁锚固后接缝中的裂缝

悬浇箱梁在连续力筋锚固齿板后面的底板内会产生裂缝，并有可能向着腹板扩展，裂缝与梁纵轴呈30°~45°角。产生这种裂缝的原因是由于预应力筋作用面积小，产生的局部应力过大，或者由于顶底板中力筋锚具之间水平方向错开的距离太小等。

1.5 底板裂缝

箱梁底板上发生不规则裂缝，是由于腹部与底板受力不均所致。

1.6 箱梁弯曲裂缝

混凝土抗拉能力不足，会导致箱梁弯曲裂缝的产生。在节段浇筑箱梁中，一般出现在接缝内或接缝附近，梁底裂缝可达0.1~0.2mm。弯曲裂缝一般很小，结构不受损伤，但在荷载反复作用下（汽车动力荷载及温度梯度）裂缝有可能会扩大。

1.7 连续梁弯曲裂缝

在连续梁中，正弯矩区的梁底部和负弯矩区的顶部可能发现这种裂缝。弯曲裂缝主要是由于混凝土抗拉能力不足引起的。

1.8 预应力梁下翼缘的纵向裂缝

这种裂缝为预应力梁中最严重的一种裂缝，多发生在梁端第一、二节间的下缘侧面及梁底，或腹板与下翼缘交界处，少数发生在腹板上。这种裂缝一般处于最外的一排钢丝束部位，宽度为0.05~0.1mm.。产生原因是由于下翼缘受到过高的纵向压力，保护层太薄或混凝土质量不好所致。裂缝分类

预应力混凝土箱梁裂缝大致可分为两类[1]，一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，对设计荷载进行全面考虑可以防止裂缝的产生；另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。

混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右，设计不当引起的裂缝可能占5%。结构性裂缝成因

结构性裂缝可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

3.1 直接应力裂缝

直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：

（1）设计阶段：计算模型不合理，结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够；结构计算漏项；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；结构设计时未考虑施工的可能性；设计图纸交代不清等。

（2）施工阶段：不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

（3）使用阶段：超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

3.2 直接应力裂缝力学原理分析

混凝土箱梁腹板的主拉应力公式为（拉应力为负）：

zlhxhy2hxhy422

式中，σzl为箱梁腹板的主拉应力，σhx为箱梁腹板轴向的正应力，σhy为箱梁腹板竖向的正应力，τ为箱梁腹板剪应力。

按照经典梁理论（平截面假定），箱梁腹板的σhy=0，中性轴附近剪应力最大，由上式可知，在腹板的中性轴主拉应力最大，如主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，则腹板会产生斜裂缝。对于现代大跨度混凝土箱梁桥，特别是横隔板较少的箱形梁在荷载作用下箱梁的变形并不完全符合经典梁理论平截面假定，定会出现截面畸变变形[2]。计算表明，大跨度混凝土箱梁腹板的竖向正向应力与腹板的轴向应力在同一个数量级。按照上式，计入腹板竖向正应力的影响，很明显在腹板的上缘、下缘的主拉应力容易超过有关设计规范的规定，由于板上下缘处的剪应力为0，主拉应力的方向与腹板竖向方向基本相同，所以一般在上缘产生水平裂缝。腹板竖向正应力作用同样使得在中性轴附近的主拉应力易超过规范的规定而产生斜裂缝。一般情况下有关设计院很难对箱梁畸变变形进行分析，这是导致箱梁腹板开裂的主要[3]原因之一。

箱梁顶板、底板的裂缝是由于箱梁畸变和横向弯曲产生的附加就应力导致的，按照上式计算箱梁顶的主应力，必须考虑顶板、底板的横向的正应力。由于在箱梁的顶板和底板的剪应力相对较小，所以主应力的方向大致与箱梁的顶板、底板的横向方向基本相同，那么产生的裂缝方向大致与桥轴方向平行。

3.3 次应力裂缝

次应力裂缝指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：

（1）在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

（2）桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。

实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，一般不计算仅按常规构造，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。非结构性裂缝成因

除荷载作用外，还很多非荷载因素[4]，如混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降、塑性坍塌、冰冻、钢筋锈蚀以及碱-骨料化学反应等，均可引起裂缝。

4.1 材料原因

（1）粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大，易导致裂缝的产生；

（2）骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量越多，收缩量越大；（3）混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩；

（4）水泥品种原因：矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大；

（5）水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响越大；混凝土强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

4.2 施工原因

（1）混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大；没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。此外，在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍；

（2）采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差；（3）盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，混凝土弹性模量尚未达到设计值便过早承受荷载；

（4）夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高；冬季施工时采取的防寒保温措施不力。

4.3 使用原因

（1）基础不均匀沉降，造成沉降裂缝；

（2）桥梁所处环境恶劣，酸、碱、盐等化学物均可引起裂缝。防治措施

5.1 结构性裂缝防治方法

（1）设计时各截面的箍筋不能仅按构造配筋，必须按腹板竖向拉应力大小进行配筋，其配筋形式应采用小直径和密集的箍筋，箍筋的保护层厚度按规范宜取下限。在采用小直径和密集箍筋配筋后如能满足要求，则完全可以取消腹板的竖向预应力配筋[5]。

（2）对于轻而薄、跨间少设或不设横隔梁的箱梁，应进行能反映箱梁畸变（或称歪扭）及横向弯曲应力的空间分析，验算施工及成桥使用阶段腹板的正截面拉应力及控制截面的主拉应力不超过规范值。

（3）由于箱梁活载的横向分布引起的扭转、畸变（或称歪扭）及横向弯曲引起造成各腹板承担的荷载分布有很大差别，横向荷载分配系数应充分考虑扭转、畸变（或称歪扭）及横向弯曲引起的增加的部分。

（4）适当合理增加构造钢筋布置，注意适当布置表面钢筋以增强混凝土防裂性能。

5.2 非结构性裂缝处理措施

5.2.1材料选择和混凝土配合比设计方面

（1）根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥[6]。

（2）选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

（3）积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

（4）正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

（5）配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

5.2.2现场操作方面

（1）浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。

（2）混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，主要是控制好构件的湿润养护。对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14~28天。

（3）混凝土的降温和保温工作：对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。

（4）避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

（5）夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。结语

本文分析了预应力混凝土箱梁常见裂缝类型，裂缝的成因及预防裂缝产生的措施。根据笔者在京沪高铁预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工的实践表明，裂缝预防措施及处理措施是有效的，希望能够对以后类似工程起到借鉴作用。

参考文献 [1] 项贻强，唐国斌.混凝土箱梁桥开裂机理及控制[M].北京：中国水利水电出版社，2010年：38-55.[2] 吕建鸣，陈可.预应力混凝土箱梁腹板主应力分析[J].公路交通科技，2005（10）：51-55.[3] 钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究[J].工程力学，2004，（S1）：211-230.[4] 张聪.预应力混凝土连续箱梁裂缝成因分析及预防措施 [J]城市道桥与防洪，2010年第6期：182-184.[5] 施颖，郑建群.从设计层面探讨预应力砼连续箱梁桥裂缝控制 [J].重庆交通学院学报，2005，24（4）：17-20.[6] 周翰斌.预应力混凝土连续箱梁施工阶段腹板斜向裂缝探讨[J].施工技术，2007，36（3）：88-91.Research On the Reasons and Treatments of the Fratures on the Prestressed Concrete

Box Girder LIU Yan-ming CR17BG N0.3 Engineering Co.,Ltd, Hebei 050227, Shijiazhuang, China Abstract: The deleterious fratures on the prestressed concrete box girder can threaten the structure’s safety, decrease the structure’s life, and threaten the durability badly.In this article, the species and the caused reasons of the fratures are discussed in detail, and the treatments are also discussed.Key words: prestressed concrete box girder;fratures;reasons;treatments

刘燕明（1984-），男，安徽灵璧人，助理工程师，2009年毕业于安徽理工大学，工学学士。

篇6：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

关键词：预应力混凝土连续箱梁桥,底板,ANSYS,纵向裂缝,空间折角效应

0 引言

大跨径预应力混凝土悬浇连续箱梁桥由于其受力合理、结构刚度大、跨径较大、线形美观、桥面行车舒适等优点，在桥梁建设中得到广泛应用。但是，部分桥梁在施工和运营过程中，箱梁底板接缝处(尤其是跨中合龙段附近接缝处)出现多种形式的纵向裂缝，现已成为比较常见的桥梁病害。

关于箱梁底板接缝处纵向裂缝的成因，国内学者做了相关的研究[1,2,3,4,5,6,7,8]。但是这些研究基本上都是从施工误差角度出发，而未考虑施工时结构本身构造的影响，并且其研究对象都局限于合龙段，其结论普遍认为只是由于合龙段施工误差导致钢束定位成折线形，从而导致折点处应力集中。实际上，除底板接缝段接缝处，即使避免了合龙段钢束定位的施工误差，合龙段及其附近梁段接缝处也会出现纵向裂缝，这说明应从其他方面而非仅仅从合龙段钢束定位的施工误差因素来考虑接缝处纵向裂缝的成因。

本文从梁段底板接缝处应力传递机理出发，采用大型通用有限元程序ANSYS10.0数值模拟方法来对箱梁底板空间折角效应作一定性分析，以证明箱梁自重效应和预应力效应引起的空间折角效应是底板接缝处纵向裂缝的重要因素。

1 箱梁接缝处纵向裂缝成因分析

连续箱梁桥底板在设计阶段纵向一般呈抛物线型布置，箱梁梁段底板及底板预应力筋在设计中是平滑过渡的，但在实际悬浇施工中，是通过多段直线来模拟曲线，这样底板在纵向梁段接缝处存在很多的折角(见图1)。

底板折角效应是指箱梁受到预应力以及自重作用时，由于底板与顶板厚度较薄，底板纵向应力沿板的长度方向流动，在底板折角位置尽管应力值相等，但应力的方向不一致，无法形成自平衡，于是在折角位置形成类似于预应力径向力的分力作用q(见图2)，其中，q=q1sinθ1-q2sinθ2，导致底板产生竖向的形变，而这种竖向变形受到腹板约束作用在横向的分布是不一致的，从而形成了腹板位置竖向变形小、底板中间位置变形大的空间折角效应(见图3)。

2 ANSYS有限元建模

2.1 模型参数

本文变高度实体模型的建立依托于泰州长江公路大桥夹江大桥夹江左汊主桥，它为跨径(87.5+3×125+87.5)m的预应力混凝土连续箱梁桥，梁体采用变高度单箱单室直腹板截面。125 m跨中支点处梁高7.5 m，两侧梁高从距主墩中心2.0 m处开始在55.5 m长度内按圆曲线变化到4 m，其他梁段梁高均为4 m。箱梁顶板宽16.0 m;底板宽7.5 m;顶板厚度为25 cm，中支点两侧变高度梁段底板厚度按圆曲线由28 cm变化到100 cm，其他梁段底板厚度一般为28 cm～60 cm;腹板厚度为50 cm～100 cm，由跨中到支点按折线变化。

主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。纵向预应力采用19s15.2规格的钢绞线束。钢束张拉锚下控制应力采用σcon=0.74fpk=1 376.4 MPa。波纹管直径为100 mm。其底板预应力钢束如图4所示。

2.2 ANSYS建模

采用大型通用有限元程序ANSYS10.0，能够正确反映底板束对箱梁的作用效应及自重效应。

分别建立两种实体模型，其中模型一为变高度箱梁，选取前述实桥主跨跨中92 m(跨中10 m为直线段)梁段(见图5a));模型二为等高度箱梁，梁高为4 m，其他横截面参数与模型一相同(见图5b))。对上述两种模型，分别在两种工况下进行建模与计算:工况1不计预应力效应，只计自重作用;工况2不计自重作用，只计预应力效应。对于预应力效应，只选取底板预应力钢束中的一对钢束(最长索)进行分析。

混凝土采用Soild45实体线弹性单元;采用初始应变法来模拟预应力钢束，钢束单元选用Link8;网格划分采用六面体映射网格划分模式，整个模型中底板网格划分较密，以便能较精确地反映底板和实际工作情况，而其他位置则采用了较稀疏的网格(见图6);约束为一端固支，一端铰支。设纵桥向为Z方向，竖桥向为Y方向，横桥向为X方向。

锚固力按一束钢束(最长索)作用时进行加载，施加一集中力Np=4 745.43 k N，按实际锚固位置进行加载。

3 结果分析

分别提取8 m～82 m梁段底板底缘中点沿桥纵方向的横向应力，分别在两种工况下对其趋势进行对比分析，结果如图7，图8所示。

由以上趋势对比可得出，在预应力和自重作用下，等高度和变高度箱梁底板底缘中点处的横向应力沿桥纵向分布的趋势明显不一致。其中等高度箱梁的变化趋势比较平缓，而且数值也比较小;变高度箱梁横向应力的数值比较大，而且趋势变化很大，尤其是在跨中合龙段折角处落差很大。可以表明，预应力效应和自重引起的底板折角效应会造成梁段接缝处横向应力的突变，其中自重引起的折角效应为不利效应且数值较大，而预应力引起的折角效应为有利效应。

4 结语

1)对于大跨径变高度预应力混凝土连续箱梁桥，在预应力钢束锚固力和箱梁自重作用下，接缝处会产生空间折角效应，使得横向正应力过大。其中自重引起的空间折角效应为不利效应且数值较大，而预应钢束锚固力引起的空间折角效应为有利效应。

2)在梁段所有的接缝处中，主跨跨中合龙段附近的空间折角效应最明显。合龙段的纵向裂缝不仅是合龙段预应力钢束定位不准确而造成的应力集中，而且锚固力和自重引起底板空间折角效应也是造成合龙段纵向裂缝的重要因素。

3)连续箱梁桥梁高的变化尽可能采用较平缓的曲线，以尽量减小在悬臂浇筑施工中接缝处的折角，从而减小接缝处的空间折角效应。

4)应尽可能的减小梁体自重，使结构变得轻型化;在保证结构预应力合理的情况下，适当提高合龙段预应力钢束的配束，并对底板所有的预应力束的布置进行优化。

5)横隔梁可以增强底板的横向抗弯刚度，降低横向弯曲导致的底板横向应力，因此在跨中设置一定数量的横隔梁是必要的。而且横隔梁适合设置在合龙段的接缝位置，这样也有利于控制锚固力引起的空间折角效应。

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篇7：预应力混凝土箱梁桥温度效应研究和裂缝防治措施

预应力混凝土连续箱梁桥有着独特的优点, 其拥有跨越能力突出、外观简洁大方、性能良好等优点。在高速公路和城市高架桥当中, 这种桥型被广泛的使用。但由于箱梁桥的结构本身存在一定的缺陷和薄弱环节, 所以腹板出现裂缝的情况仍然非常严重, 而裂缝又主要是因为在预应力张拉过程当中出现的。本文针对其裂缝形成的原因进行了分析研究, 并且提出了相应的对策。

1 张拉过程应力监测

1.1 传感器的布置

为了方便掌握在进行张拉的时候腹板内的应力变化情况, 在浇筑混凝土之前可以事先在估计可能出现开裂的部位, 设置四个和预应力钢束相互垂直的光纤钢筋应变计。并且需要在其附近设计一个光纤温度传感器, 以用于进行温度补偿。如图1所示。其中图上的数字表示的是张拉的顺序, 而字母则是表示四个不同位置的光纤钢筋应变计和温度传感器。其中A-D表示应变计, E表示传感器。

1.2 预应力张拉和监测

在完成混凝土的浇筑之后, 当其强度达到了设计强度的85%就可以施加预应力, 并且所有的预应力钢束都使用张拉应力和引伸量双控的方式。所有的预应力张拉端槽口, 以及锚下的垫板都应该和预应力的钢束保持垂直。箱梁腹板、顶板钢束都是一端张拉, 底板长束一端张拉, 短束两端张拉。具体的张拉顺序如图2所示。

2 造成裂缝的原因

2.1 设计原因

(1) 箱梁设计模式不合理。根据有关规定可知, 在没有较为精确的计算方法之时, 可以借助T形梁的规定做出处理。但实际情况当中T形梁和箱形梁之间受力的具体状况差别还是很大的。其中T形梁在实际当中的受力情况和力学计算假设较为接近, 设计的主筋可以充分的发挥作用, 而且横向荷载对T形梁的影响较小。但箱形梁与其不同, 箱形梁会同时受到纵向和横向荷载的作用, 如果按照T形梁的方式进行处理就十分容易引起裂缝现象。

(2) 非预应力钢筋设置不够。在进行设计的时候通常情况会主要考虑应力钢筋的设计, 而针对非预应力的钢筋的设计考虑较少, 且设置的数量也是不够的。尤其是对于箍筋和弯起钢筋的考虑不够充分, 有时候甚至不设置弯起钢筋。当预应力箱型梁中纵向以及竖向的预应力足够大之时, 其可以减小甚至避免主拉应力。反之, 如果预应力损失超过了一定的度, 加之又缺少箍筋和弯起钢筋的作用, 则极其容易导致腹板处出现裂缝现象。

(3) 腹板厚度、纵向以及竖向的预应力钢筋设计不合理。根据腹板厚度的不同, 相应的对主拉应力将产生较大的影响。如果全梁的腹板使用一样的厚度, 则梁根部的主拉应力就变得最大, 这个时候往往最容易引起裂缝现象。但当腹板的厚度发生变化之时也有可能会造成不良影响, 所以针对腹板厚度的设计需要考虑在腹板内部不会造成较大的主拉应力。纵向预应力的钢筋不同的布置方式也会对主拉应力造成较大的影响, 因此是否在预应力顶板之下设置弯钢筋束, 对于控制裂缝现象影响颇大。竖向的预应力钢筋之间会产生一个预应力的空白区, 而这个空白区如果太大也会引起裂缝现象。

(4) 温度的影响。根据相关规定, 在没有实际资料之时, 可以假设温度差是+5℃, 并且在桥面是呈均匀分布的。但是实际情况是会由于桥梁的截面高度而顺着桥的方向而变化, 如果按照规定所言利用同样的温度差, 则跨中的温度梯度就会相应的比支座附近的温度梯度大很多, 所以温差应力就变得非常大。

2.2 施工原因

(1) 模板安装不到位, 导致在浇筑混凝土之时容易出现变形和位移的现象, 使得腹板厚度不达标。 (2) 在进行预应力钢筋张拉力的设计之时并没有按照相关规范进行, 也没有达到相关要求, 波纹管就位之时偏离了所设计的具体位置, 因此影响腹板内力。 (3) 灌浆并没有依据设计进行, 甚至不灌浆, 大大的降低了预应力。 (4) 支架地基不牢固, 支架下沉导致裂缝产生。 (5) 箱梁的骨架钢筋多并且间距较小, 混凝土的振实比较困难, 或者混凝土强度不够。 (6) 施工后期管理和养护工作不足, 导致混凝土强度不足, 从而引起裂缝。

2.3 应力松弛的原因

随着桥梁运用时间越来越长, 受到钢筋应力松弛和混凝土收缩徐变的影响, 使得箱梁的预应力损失较大, 从而裂缝就很容易产生。

3 裂缝控制对策

3.1 优化设计

我国现行规定的桥梁主拉应力值还不够安全, 因此要求设计人员在进行设计之时可以借鉴国外相关的规范, 比如日本。T形梁和箱型梁的差距明显, 应该积极探索更加合理的计算方式。在做温度应力的相关分析之时, 最好使用实桥观测和温度场的有限元分析, 也可以参照国外以及我国的相关规范进行。在设计预应力钢筋之时, 要设置合理的预应力弯钢筋束, 针对U形竖向的预应力钢筋可以使用单排, 或者双排交错的布置方式。对于非预应力钢筋的设计应该安排合理, 以辅助预应力钢筋。对于腹板以及混凝土的设计应该要满足相关规定, 达到一定的厚度和强度。

3.2 优化施工

针对施工方面所引起的裂缝首先应该要加强管理和监督, 保障施工人员按照设计要求进行施工。其次在浇筑混凝土之时要注意其密实度, 并且要注意浇筑的顺序, 严格控制新老混凝土之间的时间差, 完成之后也要安排相关人员进行专门的养护。再次, 要注意支架地基的牢固性, 在进行施工的时候必须进行承载力的检算, 确认其达到设计要求和规范之后方能投入使用。对于混凝土的模板以及支架安装的位置都必须依据设计进行, 安装的位置要精准, 安装过后要正其牢固性。拆模时间和顺序必须按照规定进行, 如果条件允许可以尽量晚的进行拆模。最后对于预应力筋的张拉必须严格依据设计进行, 控制其孔道的偏差, 保障偏差在允许范围之内。

4 结语

随着社会的发展, 为了解决交通拥堵、方便出行等问题, 对于桥梁的使用越来越频繁。但桥梁当中由于裂缝原因而造成的危害也随之越来越大, 预应力混凝土箱梁桥因为其各种优势而运用十分广泛, 而裂缝问题也是其存在的一个大问题。针对这些问题就要求企业和相关的监管部门, 要相应提高建设的水平和监管的力度, 从而增加预应力混凝土箱梁桥的使用寿命和安全性。

参考文献

[1]汪建群.大跨预应力混凝土箱梁桥早期开裂和远期下挠控制[D].湖南大学, 2011.

[2]彭留留.预应力混凝土箱梁桥裂缝及控制研究[D].西南交通大学, 2011.