1、预应力混凝土箱梁常见病害分析及设计对策摘要：预应力混凝土连续箱形截面梁以其造价低、跨度大、施工速度快的优点在我国桥梁建设中得到广泛的应用。但是在施工及通车运营的过程中也显示出不少问题。本文主要对预应力混凝土箱梁常见病害分析进行了分析。 关键词：预应力；混凝土箱梁；对策 中图分类号： TU37 文献标识码： A 一、箱梁斜裂缝的主要原因及对策 1、在预应力连续箱梁设计的早期阶段，普遍采用直线形的方式来配预应力筋，这样做的好处是计算方便、可以减小腹板的厚度，施工起来也很简便，理论依据是配置纵向、竖向预应力钢筋能提供对梁体足够的压应力，能够有效抵抗外荷载产生的最大主拉应力的破坏。但是在实际操作中最大
2、的问题在于竖向预应力钢筋采用的是精扎螺纹钢，这种钢筋预应力张拉后的锚固效果不理想，施工质量不稳定，常出现螺母、垫板锚不到位，施工粗糙的现象，而且箱梁的腹板高度一般为 12m，预应力筋短，预应力损失多，一般达到 50%左右，这样所建立的预应力所剩无几，必然造成主拉应力不足。另一方面，实际计算箱梁腹板的主拉应力时一般仅考虑竖向、纵向的拉应力，公式如下： 这是理想化的平面受力状态，而箱梁在实际工作中是一个空间受力状态，腹板与上下顶（底）板是固接的，荷载传来的横向应力还是较大的，计算主拉应力时应当用三维坐标公式才能准确地描述箱梁的受力状态。 施工过程中产生这些裂缝的原因主要是施工粗糙，质量控制点监管不
3、力等。竖向预应力筋的张拉，不严格依操作规程执行，不进行二次或多次张拉，螺母锚固不紧，垫板缺失，预应力损失过大，有效预应力达不到设计要求，有的甚至螺母松动，预应力根本没有建立等现象。纵向预应力筋存在的施工问题是，常因钢绞线定位不准确，导致预应力的摩擦损失过大，或张拉程序控制不好，锚下应力没有有效建立，预应力孔道压浆不密实，张拉的预应力不能有效地传递到梁体上等等。 2、采取的对策：目前，鉴于以前的教训，箱梁设计预应力筋时以弯代直，严格依据内力包络图配预应力筋。对于腹板的主拉应力的计算采用三维坐标公式，适当加大箱梁腹板的厚度，这样做的效果大大减少了箱梁裂缝的出现。在施工中严格控制施工质量，对于竖向预
4、应力筋，它的长度很小，张拉时一定要严格施工，精细操作，要进行二次或多次张拉，减少预应力的损失；施工中要注意垫板的水平，否则螺母拧不紧，预应力不能有效地建立。纵向预应力钢筋的长度较大，要严格控制钢绞线坐标，张拉端千斤顶的方向与梁的截面垂直，防止摩擦力损失过大。张拉时选择正确的张拉程序，优先使用低松弛钢绞线，减少预应力松弛损失。张拉时间选择不仅要求混凝土强度达到设计强度的 90%，混凝土的弹性模量也要达到设计要求，否则混凝土弹性模量不足，张拉会造成混凝土受压变形较大，预应力存在附加的损失。张拉的数值结果要进行双控张拉锚下应力的控制与伸长量的控制，张拉锚下应力应达到设计要求，实际伸长量与理论伸长量的
5、误差在 6%以内，达不到要求要停止操作，分析原因，找出问题所在。 二、箱梁横向裂缝的主要原因及对策 1、通常，梁体出现横向裂缝主要是梁的正截面抗弯强度不足，一般出现在顶板、底板的部位，这种裂缝对梁体的承载能力影响较大，要引起重视。产生的主要原因是梁截面的拉应力不足，建立的有效预应力损失过大，导致梁体的抗弯承载力不足。设计上应考虑沿桥纵向、横向的最不利荷载组合，还应当考虑剪力滞、约束扭转、畸变对箱梁顶板、底板拉压应力的影响，因箱梁是闭合的薄壁结构，剪力滞的影响使得腹板部位的上下底板处的拉力突变，较顶板（底板）其他部位存在较大的峰值。约束扭转形成的附加正应力对截面尺寸大的箱梁内力的影响还是较大的，
6、不能忽略，应采用乌曼斯基理论进行分析，计算。该方法计算结果偏于安全，在实际工程中应用广泛。施工中要严格控制预应力施工质量，钢绞线的坐标要定位准确，定位钢筋直线段 1m 一道，曲线段间隔50cm，曲线的线形连续、流畅，不得有偏位、突变的现象，防止摩擦力损失过大。对长度 35m 以上的钢绞线应采取两端同时对称张拉的方法操作，减少预应力损失。尽量使用摩擦系数低的橡胶波纹管，降低张拉时的摩擦力。另外，应对预应力孔道的摩擦系数进行准确测定，精确计算钢绞线张拉的伸长率。同时要加强预应力孔道压浆的质量，压浆要饱满、密实。实践证明，压浆不实对箱梁的裂缝的产生有很大影响，箱梁混凝土与张拉的钢绞线不能形成一个整体
7、，预应力不能有效地传递到梁体上，箱梁不能很好地抵抗外荷载，必然会产生结构裂缝。目前工程上多采用真空压浆工艺，较好地保证压浆的质量。 2、横向裂缝的另一个类型是横向崩裂裂缝，易出现在顶板、底板部位，因底板（顶板）的纵向钢绞线张拉时，钢绞线会对孔道周边混凝土形成径向的压力，当这个压力达到一定的数值时，而周边混凝土约束能力不强，则易产生裂缝，严重时会发生混凝土的崩坏现象，上下层钢筋网片剥离。这种裂缝预防采取的措施主要在上下层钢筋网片中设置拉筋，间距 50cm 一道，利用拉筋抵抗混凝土的径向的压力，同时应提高混凝土的强度。 三、箱梁的温度、收缩裂缝的主要原因与对策 这类裂缝的出现主要是混凝土内外温差的
8、影响造成的，箱梁的混凝土一般都是大体积浇筑的，由于水化热的影响混凝土内外的温差是较大的，普遍超过 25，若不采取措施混凝土是很容易产生温差裂缝的。另外箱梁顶面摊铺沥青混凝土时，表面温度会达到 150，在顶板上形成很高的应力梯度，这也是造成温度裂缝的原因。对大体积混凝土水化热的影响目前采取的方法是优化混凝土配合比等方法，采用水化热低的水泥，掺用一定量的粉煤灰来替代水泥使用，降低沙石的表面温度，控制好混凝土的入模温度，采取分层浇筑的方法，加大混凝土的散热表面积，混凝土表面及时进行二次收面，防止收缩裂缝的出现，对浇好的混凝土及时养护，时间在 14d 以上。对于摊铺沥青时的温度的影响，除施工过程中加强
9、控制外，建议设计时将此项顶板的温度应力考虑进去，适当增加配筋，做到有备无患。 四、计时结构计算方面的防治措施 1、准确模拟实际施工状态 计算中应模拟出实际结构可能出现的不利施工状态，以悬臂施工的桥梁为例，模拟为：该节段混凝土浇筑完毕，锚固于该节段的预应力钢筋尚未张拉，挂篮尚未前移。 2、荷载组合时应区分运营前后期 运营前期，此时收缩徐变尚未全部完成就与运营荷载组合。运营后期，此时收缩徐变均已全部完成再和运营荷载组合。有时是运营前期控制，以往习惯只计算运营后期，可能会造成漏算。 3、预应力损失计算参数应取规范容许值的上限 有大量资料证明预应力的有效性实测值，明显低于设计分析的期望值。其中一个很重
10、要的原因就是规范中预应力损失计算参数取值偏低。如管道偏差系数 K，实测值经常比规范值大 6 倍左右。K 值是反映管道线形平顺度的，与施工质量有很大关系，存在很大的变数。美国桥规中对 K 的取值比我国规范要大。鉴于以上原因，设计计算时预应力损失计算参数均应取规范值的上限。 4、综合考虑主应力的空间效应 规范中对主应力的计算公式都是针对早期设计的 I 形梁、T 形梁而言的，因为这两种梁式应用平面计算出来的主拉应力是可靠的，能够控制斜裂缝的开展。但是对于箱梁主应力计算并没有明确的公式。对于箱梁，特别是腹板间距较大的箱梁，横向框架效应对主拉应力的影响非常显著。通常做法都是纵向计算采用平面杆系模型，横向
11、计算则按平面框架考虑。建议纵横分算，综合考虑。 5、考虑腹板箍筋双向受力 对于预应力混凝土箱梁，腹板箍筋既要参与纵向抗剪又要承受横向抗弯。设计中如果把箍筋 100%进行纵向斜截面抗剪计算，强度满足要求，再把箍筋 100%进行横向框架计算也满足要求。看似所有验算都通过了，实则不然。箍筋不能在参与一个方向受力的同时再 100%地在另一个方向发挥作用。 6、重视横隔梁处的受力分析 以往预应力混凝土箱梁设计中往往重视纵向的平面计算和横向框架计算，对于横隔梁的分析计算重视程度不够。高而短的横隔梁，一般只有两个支座，且支座离腹板较近，横隔梁一般不控制设计。但对于矮而长的横隔梁，当支座距离腹板较远，或者个别腹板下面没对应设置支座时，需要特别注意。这时需要将横隔梁简化为工字梁来进行计算。简化模型的外荷载中不要把腹板传来的巨大集中剪力漏掉。 结束语 总之，在实际工程中，预应力混凝土箱梁桥运用的最为广泛，其施工工艺非常成熟，但是也存在一些问题，只有针对裂缝的情况进行深入研究，并找到了裂缝出现的主要原因，提出了合理的处理措施，才能使桥梁在建成后满足社会需求。 参考文献 1金明鹏.预应力梁预制中设置反拱的建议J.中国市政工程，2012. 2周庆预应力混凝土连续箱梁桥腹板斜裂缝成因与控制J.工程结构，2008. 3王爱军.满堂支架现浇预应力混凝土连续箱梁质量监理J.建设监理,2011.
