預應力混凝土現澆箱梁裂縫病害

前言 

現澆箱梁特因其結造型美觀、施工方便、耐久性好、適應性強，且在設計理論和施工技術上都發展的比較成熟等優點，因此在應用上最為廣泛。1 底板橫向裂縫、腹板豎向和斜向裂縫1.1 病害特征預應力混凝土等截面箱梁底板橫向裂縫屬于結構性裂縫，一般出現在箱梁跨中區域截面，貫穿底板全寬。嚴重時底板橫向裂縫會擴展延伸至腹板，形成U形裂縫。

圖1 箱梁底板及腹板裂

縫腹板斜裂縫即主拉應力裂縫，是預應力混凝土梁橋中出現較多的一種裂縫，主要出現在剪應力較大支座附近和1/4 跨附近，與梁軸線約成45°角分布，并隨時間的推移，不斷向受壓區發展。走向大多與腹板預應力彎起束走向呈一定夾角或垂直，形態均呈中間寬、兩頭窄的形態。

圖2 箱梁腹板裂縫

1.2 成因分析

底板橫向裂縫屬于結構性裂縫，產生底板橫向裂縫的主要原因有：

（1）預應力鋼束布設不當、張拉不到位、壓漿不當、線型偏差較大導致后期預應力損失較大，跨中底板預應力儲備不足存在過大的拉應力。

2）橋梁運營過程中超重車輛過多或對二期恒載估計不足導致配筋或截面不足。

（3）橋梁施工不規范、質量差所帶來的箱梁結構尺寸偏小、混凝土質量較差、箱內積水、跑模超方、二恒超方等問題導致箱梁剛度偏弱、恒載增加，從而在底板出現橫向裂縫。2）腹板斜向裂縫產生原因主要有：（1）腹板厚度設計偏薄抗剪能力不足，支座附近剪力過大，主拉應力方向抗裂安全度不夠。（2）過高估計了豎向預應力的作用。由于豎向預應力筋較短，錨具預應力損失大，因此往往導致豎向預應力效果較差，豎向預應力損失較嚴重。同時，縱向預應力的損失，降低了腹板的有效預應力，容易引起腹板出現斜向裂縫。（3）邊跨現澆段不設彎起束（這一點中交一公院在做連續梁的時候有改善），也是邊跨出現斜裂縫的主要原因之一。由于邊跨梁段梁高較小，反力較大，如果靠順橋向和豎向預應力來控制主拉應力，往往因豎向預應力損失或失效而難以奏效。因此邊跨應布置彎起鋼束。（4）結合有限元計算分析結果，判斷現階段主橋腹板裂縫是豎向預應力管道灌漿均不飽滿，精軋螺紋鋼有銹斑導致豎向預應力損失，或是施工時豎向預應力張拉時難度較高，控制不嚴的話可能會造成豎向預應力失效等問題所致，對箱梁的承載能力及正常使用影響較大。1.3 處治方法在對箱梁進行常規病害處治后，可采用粘貼鋼板、腹板增大截面及設置體外預應力等加固技術進行補強處治。1 ）粘貼鋼板對裂縫進行常規處理后，可根據裂縫受力特性對箱梁底板（由于底板為曲線，鋼板加固實際不方便）或腹板輔以粘貼鋼板進行加強。2 ）增大截面增大截面加固法是通過增大構件的截面或在增加鋼筋的同時增大截面來提高原有構件承載力和剛度的方法。當鋼筋混凝土由于抗彎、抗剪不足是出現裂縫的情形從橋梁加固工程的經濟性和施工可行性上考慮，可增大截面加固法主要用于鋼筋混凝土受彎構件提高抗彎承載力、抗剪承載力和剛度。

圖3 箱梁腹板加厚

3）設置體外預應力

體外預應力加固適用于橋梁構件的受彎、受剪加固，提高結構承載能力，改善受力狀況。預應力材料可采用鋼材或纖維板等。

a）預應力鋼束

根據空間網格精細化分析和有限元計算分析結果，可以判斷現階段箱梁腹板裂縫是否由于重車超載、溫度梯度及有效預應力損失等因素共同作用所致。

在對箱梁底板裂縫進行封閉、灌漿處治后，結合計算分析和橋梁實際情況，進行增設體外預應力加固設計。加固以提高底板壓應力儲備，改善結構剛度為目標，

按包絡設計法通“下限設計”和“上限設計”，在保證加固效果的同時充分考慮施工體外預應力對原結構的影響等因素，從而合理的確定新增預應力度，

作為體外預應力索加固的控制指標。

a）預應力鋼束

根據空間網格精細化分析和有限元計算分析結果，可以判斷現階段箱梁腹板裂縫是否由于重車超載、溫度梯度及有效預應力損失等因素共同作用所致。在對箱梁底板裂縫進行封閉、灌漿處治后，結合計算分析和橋梁實際情況，進行增設體外預應力加固設計。加固以提高底板壓應力儲備，改善結構剛度為目標，按包絡設計法通“下限設計”和“上限設計”，在保證加固效果的同時充分考慮施工體外預應力對原結構的影響等因素，從而合理的確定新增預應力度，作為體外預應力索加固的控制指標。

圖4 箱梁體外預應力加固b）預應力碳板如對已進行體外預應力加固的等截面箱梁，推測由于超載車作用已超過箱梁設計標準，加上原體外預應力松馳損失導致加固效果減弱，有效預應力減小，箱梁橫向裂縫有可能再次開裂。可在箱梁設置預應力碳纖維板等措施提高有效預應力度，限制裂縫發展。（最后沒有辦法的辦法？）

圖5 箱梁預應力碳板加固

2 箱內頂板縱向裂縫

2.1 病害特征頂板縱向裂縫一般出現在跨中合攏段，接近支點的區域，頂部齒板內側頂板區域，也有沿全跨出現縱向裂縫的情形。

圖6 頂板縱向裂縫

2.2 成因分析箱內頂板縱向裂縫產生原因主要有：

1）由于頂板橫向彎矩主要受活載影響，在橋梁營運期間，超載很容易導致頂板沿縱向開裂。

2）頂板沒有設置橫向預應力筋，橫向預應力損失較大或者布置不合理。3）頂板縱向預應力設置過大，造成橫向拉應力超過混凝土抗拉強度，引起頂板縱向開裂。4）合攏段頂板縱向裂縫主要是由于溫度及收縮徐變引起。澆筑合攏段時，合攏段受混凝土水化熱而膨脹，但由于受到懸臂端梁段的約束，導致合攏段順橋向受壓，橫橋向受拉，從而在頂板產生縱向裂縫。2.3 處治方法針對頂板縱向裂縫進行封閉、灌漿處治即可，以恢復結構的耐久性。根據裂縫的數量、寬度及發展程度，對頂板橫向粘貼鋼板（粘貼碳纖維布不更好？），提高頂板抗裂性，狀況嚴重時，可在箱梁頂板外掛一層鋼筋網片，并涂抹一定厚度的高韌性混凝土增大截面處理。

圖8 頂板粘貼鋼板（左圖）和涂抹超高韌性混凝土（右圖）