水利工程論文-PC箱梁橋裂縫成因及防治對策.doc

水利工程論文-PC箱梁橋裂縫成因及防治對策摘要：PC箱梁橋在施工或使用中經常發(fā)生混凝土開裂，現結合實際分析了裂縫分類、特征以及成因，并提出了相應的防治措施。關鍵詞：預應力混凝土；箱梁橋裂縫成因；對策1概述PC箱梁橋主要是指主梁截面為箱形的預應力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構橋。近20年來，我國修建了大量的大跨徑預應力混凝土橋，其中多數為PC箱梁橋。1997年5月建成的虎門大橋輔航道橋，主跨達270m，曾為世界最大跨度PC箱梁橋。它的建成標志著我國預應力混凝土橋梁設計和施工技術水平均已跨入世界先進行列。但隨著橋梁的建成運營，許多PC箱梁橋出現裂縫，有的甚至不得不進行加固。在理論上，大多數作為全預應力混凝土結構的PC箱梁橋，在短期效應組合作用下，構件截面的受拉邊緣不允許出現拉應力，更不允許混凝土開裂；即使對于采用部分預應力混凝土的構件，允許在短期效應組合作用下控制截面混凝土受拉邊緣出現拉應力或開裂，但拉應力或裂縫均應限制在較低的水平上，且在永久效應組合作用下不出現拉應力、裂縫閉合。然而，實際情況是，許多PC箱梁橋確實出現了大量裂縫，有些還很嚴重。因此，PC箱梁橋混凝土開裂已成為橋梁嚴重病害之一，必須認真分析和積極防治。2裂縫成因結構物在實際使用過程中承受的作用按其性質分為兩類：一類是“荷載”作用，即施加于結構上的外力，如車輛、人群、結構自重等，它們直接作用于結構上；另一類是“變形”作用，即以強制結構變形的形式施加于結構上的變形或位移，如地震、基礎變位、混凝土收縮和徐變、溫度變化等，它們是間接作用于結構的。因此，裂縫成因，可分為“荷載裂縫”和“變形裂縫”兩大類。荷載裂縫由荷載作用引起，也稱為受力裂縫；變形裂縫由變形作用引起，是因為變形受到結構局部或整體的約束作用產生約束拉應力，當約束拉應力超過混凝土抗拉強度而產生的裂縫。21荷載裂縫211彎曲裂縫。彎曲裂縫一般是垂直裂縫，是混凝土構件受彎矩作用產生的裂縫，一般出現在彎矩最大截面的受拉區(qū)。正彎矩裂縫一般位于箱梁的跨中梁段，由底板橫向裂縫自下而上發(fā)展，下寬上窄；負彎矩裂縫位于箱梁的墩頂支點梁段，由頂板橫向裂縫自上而下發(fā)展，上寬下窄。彎曲裂縫的主要成因有：縱向預應力筋配置不夠導致有效預應力不足；預應力張拉噸位不足或預應力損失過大；混凝土澆筑超重，振搗不密實及跑模；運營荷載超過設計荷載水平等。212剪切裂縫。剪切裂縫又稱斜裂縫，分為腹剪裂縫和彎剪裂縫。腹剪裂縫是PC箱梁橋中出現最多的一種裂縫。一般發(fā)生在剪應力最大的部位，如箱梁支點附近的腹板上，由主拉應力引起，與梁軸線呈2545走向，并隨著荷載的往復作用，不斷向受壓區(qū)發(fā)展。由于箱梁的上下緣一般布置有較多的縱向預應力筋，有抑制斜裂縫的作用，因此腹剪裂縫的寬度呈兩頭小中間大，在發(fā)展到箱梁的上下緣前就停滯了。彎剪裂縫一般發(fā)生在彎矩和剪力均較大的主跨1/4跨附近和邊跨1/2跨附近，是由于斜截面抗彎能力較弱而產生的主拉應力引起的，與梁軸線呈3060走向。此類裂縫與彎曲裂縫相似，它由箱梁的底緣自下而上發(fā)展，下寬上窄。剪切裂縫的主要成因：構造鋼筋配置不夠，斜向預應力筋彎起過早或未設彎起筋，豎向預應力筋配置不夠等引起混凝土主拉應力過大；施工模板定位偏差、澆筑跑模等導致腹板厚度偏??；豎向預應力張拉噸位不足或者損失過大導致豎向有效預應力不足；縱向有效預應力不足；混凝土強度不夠等。2.1.3縱向裂縫。在荷載作用下，PC箱梁的頂、底板有可能因橫向拉應力過大產生沿順橋方向的縱向裂縫。主要成因：超載特別是超重車輛荷載的作用，引起箱梁頂板局部橫向受彎使其下緣沿縱向開裂；縱向預應力筋配置過密，預應力孔道壓漿不飽滿對頂、底板截面的削弱；施工期間，孔道未壓漿前，縱向預應力儲備過大，在頂、底板橫向產生過大的拉應變；橫向預應力鋼筋配置不夠，橫向預應力張拉噸位不足或者損失過大等導致橫向有效預應力不足。2.1.4扭曲裂縫。混凝土構件受扭轉和彎曲共同作用而產生的裂縫稱扭曲裂縫。一般與梁軸線呈45傾斜，并有多條，由主拉應力引起。扭曲裂縫出現后，混凝土保護層剝落。彎橋和采用獨柱橋墩的高架橋、立交橋的PC箱梁，易因扭矩過大而產生扭曲裂縫。2.1.5局部應力裂縫。由于局部應力過大而引起的裂縫稱局部應力裂縫。主要出現在支座、錨頭等承壓力大的部位或遭受突然撞擊的部位。22變形裂縫221收縮裂縫。在混凝土形成強度過程中，水和水泥顆粒結合，使混凝土體積減小稱為凝縮；在混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為干縮。凝縮與干縮合稱收縮。表面的水蒸發(fā)干燥逐步由表面擴展到內部，在混凝土內形成含水梯度。表面收縮大而內部收縮小，出現內外收縮差，混凝土內部受壓，表面受拉，當表面混凝土的拉應力超過混凝土抗拉強度時，便產生收縮裂縫。主要成因：環(huán)境干燥、濕度小、溫度高，使混凝土水分蒸發(fā)快，引起混凝土收縮快；混凝土養(yǎng)生不及時，溫度、濕度不夠，養(yǎng)護時間不夠，致使混凝土收縮大；混凝土水灰比偏大等。222溫度裂縫。當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化時，混凝土將因熱脹冷縮發(fā)生變形，若變形受到約束，則在結構內部產生應力。當其拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土開裂，即出現溫度裂縫。主要成因：年溫差使橋梁結構產生縱向變形，當變形受到限制時會引起溫度裂縫；橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線性分布；突然大雨、冷空氣侵襲、日落等導致結構表面溫度陡然下降，但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度；大體積混凝土（最小邊尺寸大于2m）在硬化過程中，產生的水化熱不易散發(fā)，致使內部溫度很高，內外溫差大；冬季施工及蒸汽養(yǎng)護措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均等。223基礎變形引起的裂縫。對于PC箱梁橋，由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，在結構中產生附加應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土開裂。引起基礎不均勻沉降或位移的主要因素：地質條件復雜；地基地質、結構荷載、基礎類型差異過大；基礎分期建造；地基凍脹融沉；橋梁建成以后，原有地基條件發(fā)生變化等。3對策對于出現裂縫的PC箱梁橋，應分析開裂的具體原因，采取適當的措施進行補救。對于變形作用引起的非受力裂縫，一般采取封閉裂縫的修補辦法，以減輕其對鋼筋銹蝕的影響；對于嚴重的受力裂縫，則應通過結構加固措施，提高結構抗力，阻止裂縫發(fā)展。31裂縫修補3.1.1對寬度小于01mm的裂縫或表層裂縫可進行表面封閉處理，一般涂刷水玻璃或環(huán)氧樹脂；3.1.2對寬度大于或等于01mm的裂縫應采取壓力灌漿進行修補，以達到封閉裂縫的目的；3.1.3對于大面積表面裂縫，可用粘貼碳纖維布的方法，對其進行整體封閉。32結構加固受力裂縫的出現表示結構承載力可能不足或存在嚴重缺陷。除了對裂縫進行修補外，還應該對結構進行加固。3.2.1在荷載作用受拉區(qū)混凝土表面，粘貼碳纖維布或鋼板，以解決結構抗彎能力不足或主拉應力過大的問題；3.2.2加厚板件和補加鋼筋，以解決結構壓應力或主拉應力過大的問題；3.2.3增加預應力筋，以解決結構抗彎能力不足或主拉應力過大的問題。結束語目前，PC箱梁橋混凝土開裂是普遍存在的現象，但通過合理布置構造鋼筋或預