混凝土箱橋梁防開裂技術(shù)

混凝土箱橋梁防開裂技術(shù)第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一主要內(nèi)容1、預應力混凝土箱梁橋的發(fā)展概況2、常見預應力混凝土箱梁橋裂縫3、防止開裂的措施4、豎向預應力在大跨度混凝土箱梁橋的作用與研究5、豎向預應力檢測技術(shù)簡介第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一一、預應力混凝土箱梁橋的發(fā)展概況1、預應力混凝土箱梁橋的特點

預應力混凝土連續(xù)（剛構(gòu)）箱梁橋結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順、伸縮縫少、養(yǎng)護費用低、適用于多種跨度等優(yōu)點。自20世紀70年代以來，預應力混凝土箱梁橋已成為高速公路大中跨徑混凝土橋梁設計的首選。在三向預應力技術(shù)和箱梁截面形式相結(jié)合后，隨著施工方法不斷改進和計算技術(shù)的發(fā)展，此類結(jié)構(gòu)跨度和箱室寬度也不斷增加，截面趨于單箱單室、大挑懸臂形式2、預應力混凝土箱梁橋存在的問題有關這類橋開裂的報告不斷增加，甚至認為“無箱不裂”，有的橋梁在修建過程中就開始出現(xiàn)規(guī)范不允許的裂縫，其中以腹板裂縫最為普遍。

第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一二、常見箱梁裂縫與產(chǎn)生原因分析1、腹板斜裂縫

這類裂縫最為常見,產(chǎn)生的主要原因是腹板主拉應力過大,可能是由于豎向預應力失效和縱向預應力筋彎起不夠,剪應力過大導致主拉應力增加引起開裂,同時有可能設計方面也存在縱向預應力布置不合理等邊跨中跨裂縫裂縫第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一2、腹板上角的水平裂縫裂縫P產(chǎn)生裂縫的位置產(chǎn)生的原因:箱梁截面在偏載作用下,截面畸變,在角點位置的局部拉應力偏大.主要是倒角過大,或倒角沒有達到設計要求.同時存在設計對畸變應力認識不足的情況.溫度應力等截面畸變第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一3、腹板斜裂縫與水平裂縫共同存在斜裂縫與水平裂縫中跨邊跨產(chǎn)生的原因:箱梁截面畸變引起的局部拉應力偏大與中性軸附近的剪應力過大導致主拉應力偏大同時存在.第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一4、箱梁頂、底板縱向裂縫產(chǎn)生的原因：1）橫向預應力張拉達不到設計要求；2）箱梁設計跨度過大3）溫度應力或養(yǎng)護的問題4）畸變應力裂縫第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一5、橫隔板裂縫與人行孔放射性裂縫6、預應力錨固齒板附近的裂縫裂縫放射性裂縫裂縫第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一7、腹板內(nèi)沿縱向筋方向的裂縫縱向預應力筋沿縱向筋的裂縫裂縫產(chǎn)生的部位一般在縱向預應力筋的彎起段產(chǎn)生的原因：彎起段的壓應力引起的劈裂裂縫，深度不會太大（跑模使腹板變薄，彎起角度與曲線不符合設計要求），可以在起彎部分垂直布置分布鋼筋。局部分布鋼筋第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一9、合龍段箱梁頂?shù)装宓目v向裂縫產(chǎn)生的原因：剛性連接設計不合理合龍溫度不當合龍段張拉預應力順序不當10、施工階段尺寸變化處的裂縫主要是水化熱產(chǎn)生的裂縫，由于養(yǎng)護不當引起的。11、連續(xù)剛構(gòu)橋在梁墩連接部位、墩承臺連接部位的裂縫合龍段預頂力不當，合理優(yōu)化預頂力可以避免（一般由施工監(jiān)控單位進行復核計算）第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一12、后期索張拉過程中底板縱向裂縫或底板剝落危害最大，使橋梁產(chǎn)生硬傷，甚至不能交付使用產(chǎn)生的原因：縱向預應力張拉時會產(chǎn)生徑向力。合理設置抗崩鋼筋，一般在20cm左右，并且與上下層鋼筋形成整體，施工單位和監(jiān)理單位應特別給予關注。徑向力第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一13、徐變對開裂的影響及預拱度設置14、高墩日照對墩身開裂影響第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一一）、豎向預應力的發(fā)展1）使用的目的：減少和控制腹板主拉應力、防止開裂，在箱梁腹板設置豎向預應力筋成為設計的重要內(nèi)容2）國外發(fā)展情況：國外60-70年代就開始應用粗鋼筋作為豎向預應力鋼筋：德國1965年建成的Bendorf橋，美國1979年建成的Kenducky河橋和1984建成的Huston運河橋，日本1972年建成浦戶大橋及澳大利亞1984年建成的Gateway橋等四、豎向預應力在大跨度混凝土箱梁橋的作用與研究第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一3）國內(nèi)發(fā)展情況：

我國首座采用三向預應力的大跨徑預應力混凝土箱梁橋是1968年建造的廣西柳州大橋（主跨124mT構(gòu)橋）

冷拉Ⅳ鋼筋強度低、松馳大、錨具（扎絲錨）回縮量大、預應力損失大，并沒有取得控制腹板主拉應力、防止腹板開裂的預期效果高強精軋螺紋鋼筋的發(fā)展，它是20世紀70年代先由國外發(fā)展起來的新品種。由于它連接不受焊接約束，錨固方便，施工簡單，強度高，低松馳

1981年建成的湖北襄樊長虹大橋，1985年建成的廣東洛溪大橋第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一二）豎向預應力效果分析

施加了豎向預應力，許多混凝土箱梁橋在腹板中還是存在不同程度的開裂現(xiàn)象，尤其在大跨度的腹板比較明顯豎向預應力損失過大或失效，是導致混凝土箱梁橋腹板開裂、沒有達到設計目標的主要原因之一引起豎向預應力失效主要原因：初始張拉力不夠，其次錨墊板與豎向預應力筋不垂直度過大，壓漿不飽滿或沒有壓漿。沒有檢測手段檢測豎向預應力筋的張拉力是導致工人張拉時隨意性的主要原因。第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一三）豎向預應力失效的問題引起關注設計方面：

改善豎向預應力筋布置方式，合理確定豎向預應力筋與橫向筋、縱向筋的張拉順序工程界：

超張拉、滯后張拉、二次張拉（美國橋規(guī)建議采用二次張拉和超張拉工藝）、真空壓漿、對精軋螺紋鋼筋加上附加扭力、采用無粘結(jié)預應力筋

相關學者的研究：

如預加力擴散角和預壓力空白區(qū)的影響、彈性壓縮損失、張拉力與擰緊錨具螺母力矩的關系

第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一四）豎向預應力研究1、豎向預應力在腹板中應力分布規(guī)律2、豎向預應力張拉方式對腹板應力分布的影響3、豎向預應力孔道及壓漿飽滿度對腹板截面抗剪性能的影響作用4、豎向預應力損失5、提高豎向預應力作用效果的主要途徑及檢測手段探索第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一1、豎向預應力在腹板中應力分布規(guī)律

⑴豎向預應力在腹板中產(chǎn)生的壓應力呈正態(tài)分布，在預應力作用線處最大，并向兩側(cè)逐漸擴散，在兩側(cè)較遠處出現(xiàn)數(shù)值較小的豎向拉應力。⑵在腹板高度偏離中性軸后，豎向應力擴散的范圍逐漸的縮小，相應在作用線處的壓應力卻逐漸的增大。第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一現(xiàn)場豎向預應力分布規(guī)律測試第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一2、豎向預應力張拉方式對腹板應力分布的影響

張拉方式：一次張拉、分段張拉、滯后張拉

第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一

分段張拉豎向正應力云圖“應力空白區(qū)”施工接縫處施工接縫處

滯后張拉豎向正應力云圖

研究表明：滯后張拉是減少施工接縫應力空白區(qū)的有效手段第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一3、豎向預應力孔道及壓漿飽滿度對腹板截面抗剪性能的影響作用

研究人員對錢江三橋豎向預應力筋的壓漿質(zhì)量做過隨機抽檢，從抽檢了35根豎向預應力筋，結(jié)果表明：無漿占71.42％；不飽滿占11.42％；開孔流水的占40％。當豎向預應力筋存在壓漿不飽滿或未壓漿的情況，預留孔道削弱抗剪截面（包括縱向拉、壓應力引起的應力集中）會使主拉應力增加，存在著有可能達不到設計目標的情況。很明顯，設計工程師并沒有考慮道灌漿不飽滿及未灌漿的問題對腹板抗剪截面的削弱對主拉應力值的影響

第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一室內(nèi)模型試驗第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一研究結(jié)論:豎向預應力孔道在漏灌漿的情況下，會明顯引起腹板的主拉應力增加，降低了豎向預應力使用效果，在荷載作用下會提前出現(xiàn)斜裂縫，并會在漏灌漿的預應力孔道加速裂縫發(fā)育。漏灌漿的預應力孔道必將影響橋梁的耐久性。

施工單位和監(jiān)理單位應該對豎向預應力孔道灌漿引起高度重視。

第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一4、豎向預應力回縮瞬時損失

一次張拉鋼筋與螺母相對滑移量二次張拉鋼筋與螺母相對滑移量豎向預應力張拉方式：一次張拉，二次張拉結(jié)論：現(xiàn)場和室內(nèi)試驗均表明一次張拉和二次張拉的瞬時損失并沒有明顯區(qū)別，大至均在10%左右，與規(guī)范計算接近。為了減少施工工序建議采用一次張拉。第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一5、錨具垂直度對豎向預應力回縮瞬時損失影響

錨具安裝偏角造成預應力損失示意圖

錨具安裝偏角造成張拉后鋼筋彎曲錨具安裝偏角造成預應力損失率第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一

橋名樣本數(shù)最大角度平均值標準差赤山大橋48082.6481.4242永勝特大橋4247.622.3311.3253吉昌特大橋2966.222.5801.3054沙尾特大橋3907.562.3121.1955容南特大橋2516.482.3061.2316西海特大橋3747.412.0851.184平均3697.222.3771.277第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準規(guī)定公路特大橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與整體結(jié)構(gòu)相同采用安全等級一級，即可靠度=95％。通過統(tǒng)計，樣本空間數(shù)據(jù)分布的平均值數(shù)值較大，達4.72°，最大值5.28°總體分布小于3°的概率=0.741，滿足可靠度0.95的角度=4.75°，實測表明：體現(xiàn)了豎向預應力鋼筋錨墊板安裝的施工質(zhì)量不高，缺乏有效的施工手段，沒有將錨墊板安裝納入施工監(jiān)控體系、缺乏質(zhì)量評定標準的現(xiàn)況。明顯地，若以錨墊板安裝傾角4.75°計算預應力損失比規(guī)范值偏大。應引起施工單位、監(jiān)理單位和業(yè)主單位的重視

第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一在豎向預應力筋錨下安裝了測力傳感器，常張高速公路沅水大橋通車后（2005年12月26日通車）至今仍在利用進行無線傳輸測試豎向預應力筋張拉力（目前已達三年多）

6、豎向預應力長期損失

第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一長期測試表明：

1）預應力筋張拉后7天，預應力損失分別占總損失（800天）的70%左右，后期豎向預應力值基本不發(fā)生變化。800天豎向預應力長期損失達到其初始張拉應力14﹪。

2）張拉在混凝土澆筑完成40天后進行的，孔道灌注砂漿時水泥的水化熱對豎向預應力損失影響很小。

3）從數(shù)據(jù)來看，行車并未使預應力損失出現(xiàn)跳躍或異常增長，說明豎向預應力螺母不會因汽車動載而松動。

4）導致豎向應力失效并不是長期損失造成的第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期一1）施工應采用滯后張拉，一般滯后一個梁段可滿足設計要求；2）縮瞬時回縮損失占10%左右，一次張拉和二次張拉沒胡本質(zhì)的區(qū)別。長期損失占5%左右，豎向預應力失效不是長期損失造成的；3）錨墊板安裝質(zhì)量對豎向預應力損失有較大影響，但通過施工質(zhì)量措施是可以減小誤差的。4）豎向預應力孔道灌漿應加強質(zhì)量控制；5