1、箱梁底板预应力钢束净保护层厚度的讨论摘要：利用有限元分析软件对箱梁跨中合拢段底板进行局部应力分析，分析了在张拉阶段底板沿预应力钢束纵向开裂的原因，并对预应力钢束净保护层厚度进行讨论，为以后的工程设计提供参考价值。 关键词：箱梁 保护层厚度底板纵向开裂 中图分类号：U448.21+3 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 预应力砼薄壁箱梁桥具有结构简单、施工方便、用材经济、建筑高度低、吊装重量轻,易于实现标准化和工厂化制作,是公路桥梁中被广泛应用的一种结构形式. 然而,近年来的调查发现,使用中的预应力箱梁桥在施工过程中张拉合拢段底板钢束的时候普遍存在沿预应力钢束的纵向裂缝1-3 。 针对这种现
2、象,本文从贵州已经建成的某连续刚构桥的工程实例中，分析其沿预应力钢束纵向开裂的原因,从工程设计角度建立了分析模型,提出了确定预应力钢束下保护层厚度的设计要点。 1.工程概况 贵州省内某连续刚构桥主梁根部梁高 11m，跨中梁高 3.7m，其间梁高按 1.5 次抛物线变化。底板厚度由跨中 30cm 按照半立方抛物线渐变至悬臂根部的 120cm。 箱梁采用三向预应力结构，纵横向预应力采用低松弛钢绞线，竖向预应力采用精轧螺纹钢，其中中跨底板束 16 束，下拉控制应力为1395MPa。 箱梁施工采用挂篮悬臂浇筑(两端部支架现浇)，中跨设 3m 的合拢段，箱梁各部位混凝土强度等级为 C50。 在跨中合拢段
3、张拉底板预应力钢束的过程中，箱梁底板出现了大面积混凝土破损，脱落，预应力钢束和波纹管向下崩裂的现象。 2箱梁底板保护层厚度的确定 2.1 计算模型的建立 中跨跨径为 200 米的连续刚构，取跨中合拢段截面底板为研究对象，建立空间实体模型模拟底板在预应力筋径向外崩力作用下的效应，横截面如图 1 所示，底板厚 30 厘米，腹板间距 6.2 米，腹板厚度 40 厘米，预应力孔道间距 19 厘米，管道直径 11 厘米，管道居中布置。 图 1 计算模型截面形式 中跨合拢段梁段径向外崩力线性均布力 191KN/m,仅作用于中间 0.4米梁段，折算成集中力为 76.5KN，模型见下图 2 所示。 图 2 箱
4、梁有限元分析模型图 2.2 计算结果分析 为了分析底板中预应力波纹管净保护层对底板应力的影响，在计算模型中保持底板厚度为 30cm，波纹管直径为 10cm，波纹管之间的间距为19cm，改变底板波纹的净保护层厚度，从而分析波纹管的净保护层与外径之比 d/D 和箱梁底板最大横向应力、最大竖向应力和最大主应力之间的关系。所以计算模型中分别将波纹管距离底板下缘净保护层厚度为13、12、11、10、9、8、7、6、5 厘米。具体计算结果见表 1。 表 1 底板波纹管净保护层厚度对底板应力的影响 3结论 通过对连续刚构中跨合拢段梁段底板的有限元局部应力分析，我们可以得出以下结论： (1) 底板梗腋出呈现明
5、显的上缘受拉下缘受压的横向正应力，且梗腋处底板上缘为底板横向拉应力最大的位置。波纹管基本居中时，梗腋上缘拉应力最小，当波纹管距下缘的保护层厚度较小时，梗腋处上缘拉应力较大，同样，当波纹管距下缘的保护层厚度较大时，距上缘的保护层厚度较小，梗腋处上缘拉应力也较大。 (2) 底板中轴线附近出呈现明显的下缘受拉上缘受压的横向正应力，底板下缘横向拉应力最大的位置在最靠近中轴线的管道下方，当波纹管净保护层厚度较小时，管道底部的局部横向拉应力占主导地位，且拉应力增长极快。当波纹管距下缘的保护层厚度较大时（D/h 小于 1.3 左右时），其对管道下方最大横向拉应力影响较小，当 D/h 超过 1.3 时，其对管
6、道下方最大横向拉应力影响较大。 (3) 底板预应力管道周边有较大的主拉应力，且主拉应力最大值数值与管道下方横向拉应力最大值基本相同。波纹管外径与距下缘保护层厚度之比 D/h 对底板管道周边局部主拉应力影响明显，D/h 越大，管道周边局部主应力越大，显然可以得出：随着波纹管外径与距下缘保护层厚度之比 D/h 小于 1.4 时左右时，最大应力基本不变，此时，主应力与竖向正应力分布雷同；当 D/h 大于 1.4 时，递增速率急剧增大，此时说明管道周边出现局部较大的横向拉应力。 参考文献 1 彭元诚. 连续刚构箱梁底板崩裂原因分析与对策.桥梁建设，2008(3). 2 李坚我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践城市道桥与防洪，2001. 3 贺华刚，钟明全，郝付军. 大跨宽箱 PC 连续刚构主跨底板钢束空间分析.山西建筑
