钢筋混凝土连续箱梁裂缝原因分析

　　广东公路交通

文章编号:1671-7619(2002)增刊-0073-03

钢筋混凝土连续箱梁裂缝原因分析

林敏　卢绍鸿

(广东省公路勘察规划设计院,广州　510507)

摘要:针对一座钢筋混凝土连续箱梁在上部结构施工完毕后,主梁梁体出现多处裂缝的具体情况,综合分析了主梁开裂的成因。对连续箱梁结构工程在设计、施工中应注意的几个问题作了讨论。关键词:　连续箱梁　裂缝　分析

中图分类号:U448.21+5　　　文献标识码:B

1　工程概况

深圳坪西公路王母互通立交跨线桥为11×20m钢筋混凝土连续箱梁,单幅桥宽11.25m。上部结构箱梁为单箱单室断面,采用C30混凝土。全桥设10个桥墩,2#、5#和8#墩采用双柱式结构,其余桥墩均采用独柱式结构。桥台为U型重力式桥台,采用<1.2m嵌岩桩桩基础。设计荷载

等级:汽车-超20级,挂车-120。桥跨布置见图1。

该桥在箱梁主体结构施工完毕后(未上桥面铺装),各跨跨中底板及腹板、支点处箱梁顶板翼缘出现多处裂缝,且裂缝间距较密,为确定立交桥的结构是否安全,对该桥进行了主梁缺陷无损检测和结构验算。

图1　桥跨布置及裂缝示意图

2　主梁缺陷无损检测

(1)裂缝检测。经检测,发现主梁裂缝共1039

　　(2)主梁混凝土设计强度为C30,经回弹法测试得知,主梁混凝土抗压强度均达到并超过了设计

值。

(3)支座沉陷:经检测,右幅桥4#墩及9#墩沉陷3mm,10#墩沉陷5mm;左幅桥6#墩沉陷6mm。

条,腹板处基本为竖向裂缝,底板处基本为横向裂缝,走向垂直于桥轴线,主要分布在每跨的跨中5～15m之间的梁体底面、腹板侧面。支座附近翼缘板一般都有贯穿裂缝存在。右幅桥的裂缝显然比左幅桥的要多一些,并且裂缝深度较深,长度较长,裂缝长度为0.08～11.25m不等。全桥裂缝宽度大于0.1mm的约有270条,翼缘板裂缝比较宽,在0.35mm左右,腹板裂缝最宽达0.28mm。以右幅桥第5

3　结构验算

上部结构箱梁为单箱单室断面,顶宽11.23m,底宽6.03m,梁高1.4m(如图3)。箱梁于各墩顶上设2.5m厚横梁,跨中设0.5m宽横隔板。箱梁受力钢筋在顶、底板均匀布置。

跨为例,裂缝位置及长度示意见图2。

　　　　　　　　图2　裂缝位置及长度示意图　　　　　　　　　图3　箱梁横截面构造图(单位:cm)

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2002年增刊　　　　　　　　　　　　　广东公路交通　　　　　　　　　　　　总第76期3.1　裂缝计算结果

取箱梁跨中、支点截面进行裂缝验算,结果见表1。

表1　截面裂缝宽度(单位:mm)

位　置恒　载恒+温变恒+温变

+支沉

边跨跨中边跨支点中跨跨中

0.0880.1020.111

0.0890.0940.109

0.0490.0800.075

中跨支点

0.0790.0830.105

较充分,后浇筑段在砼收缩及温度影响下产生较多裂缝。以76.21m长梁段为例,由砼收缩产生的变形为15.3mm,如果砼收缩变形受到限制,则梁体仅能以裂缝的方式来完成收缩变形。

(2)根据实测各支座位移及施工工期温度情况,与验算基本模式接近。由验算结果知,在温度和支座不均匀沉降产生的荷载作用下,裂缝宽度发生了较大变化并超过容许值。实测裂缝结果表明,发生支座不均匀沉降的梁跨,其裂缝数量也相应较多。如右幅桥第4跨,裂缝数量有83条,最宽为0.17mm,而未发生支座沉降的第二跨,裂缝数量为42

　注:表中温变在跨中为升温,在支点为降温

该桥在荷载组合作用下,跨中及支点处裂缝宽度超过0.1mm。3.2　截面抗弯、抗剪强度验算取不利截面(跨中、支点及钢筋截断处等)进行计算,各截面抗弯、抗剪强度均满足规范要求。由于该桥边跨长度等于中跨长度,可知边跨的跨中弯矩较大于中跨,但从检测结果发现边跨裂缝与中跨裂缝数量差别不大,而且桥跨未出现斜向裂缝,因此可以说明荷载不是产生裂缝的主要原因,与验算结果符合。

条,最宽为0.12mm。(3)翼缘板的贯穿裂缝几乎存在于每一支点附近,裂缝数量多为1条,产生位置也较固定,很可能是由于连续箱梁浇筑程序不合理引起。采用支架浇筑上部连续梁时,由于桥墩为刚性支点,桥跨下的支架为弹性支撑,如果将桥跨和墩顶处梁体不加区分地一起浇筑,桥跨下支架压缩变形及沉降,支点处则由桥墩顶撑,以致支座附近混凝土受拉开裂。

(4)从箱梁结构细部及钢筋设置来看,底板与腹板相接处未设置腋角、采用厚腹板(与底板厚度相比)、跨中设置50cm厚的横隔板与箱室未设倒角过渡等都可能引起应力集中使局部开裂。再者,箱梁剪力滞系数λ与宽跨比及翼板与截面的惯矩比

IS1/I有关,宽跨比越小或IS1/I越大,则箱梁的剪

4　裂缝产生的原因分析

综合上述主梁缺陷无损检测结果和结构验算结果可知:引起裂缝的原因不是单一的,主要是由于支座不均匀沉降、砼收缩应变、温度变化、施工工艺、箱梁剪力滞效应等因素综合作用引起。

(1)本桥边跨与中跨均为20m,边跨弯矩较中跨大,但边跨裂缝与中跨裂缝数量差不多,且箱梁尚未受二期恒载及活载作用,说明荷载不应是裂缝产生的主要原因。施工中,梁体混凝土分三个施工段浇筑:76.21m→67.50m→76.21m。检测结果显示,先浇筑的桥跨裂缝出现较少,后浇筑的二段混凝土裂缝较多,可能是先浇混凝土养护及拆模时间

力滞影响越大。笔者按文献[1]计算剪力滞系数(图4),跨中截面剪力滞系数λ为1.234。本桥箱梁受力钢筋均匀布置(图4),在总量上满足受力要求,但箱梁的剪力滞效应会引起腹板附近较大的拉应力,从而使箱梁腹板开裂。从检测结果看,底板裂缝也是由腹板向底板跨中发展。

图4　跨中截面箱梁剪力滞效应及钢筋布置图

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2002年增刊　　　　　林敏　卢绍鸿　　钢筋混凝土连续箱梁裂缝原因分析　　　　　总第76期

5　裂缝处理及加固措施

针对裂缝产生的原因,该桥进行了如下处理:(1)对裂缝用高强油漆涂刷封闭处理。

(2)桥面铺装由原来8cm沥青砼改为12cm厚钢筋砼,设纵横向<12@10cm钢筋网,并采取凿毛等措施使桥面铺装与箱梁顶面砼紧密结合、共同受力,以提高使用阶段的结构承载力。

(3)1#、3#、4#、6#、7#、9#、10#等独柱墩处的支座由单支座改为双支座,减少活载偏载可能引起的扭矩。

目前该桥已建成通车,运营情况良好。

的耐久性,裂缝必须受到控制。根据《桥规》4.2.6条规定,处于严重暴露情况下的钢筋混凝土构件,应以容许裂缝宽度0.1mm来控制构件裂缝宽度,这点在裂缝设计时应予以注意,必要时应采用预应力结构。

(4)砼的收缩及温度应力的影响不容忽视。施工中应加强早期混凝土的养护,特别是在骤冷的天气应防止为赶工期而过早拆模。

7　结语

砼的收缩及温度骤变往往是钢筋混凝土连续箱梁裂缝产生的主要原因,对于宽幅桥,箱梁的剪力滞效应及扭矩则有进一步加剧裂缝的趋势,因此,必须采取合理的施工工艺及结构设计来控制裂缝。

本文得到程翔云教授的审阅并提出宝贵意见,在此深表感谢。

参考文献

1　程翔云.梁桥理论与计算[M].北京:人民交通出版

6　几点体会

(1)结构设计的优化。普通钢筋砼箱梁,特别是单箱单室的宽桥,考虑箱梁的剪力滞效应及受力方式,应加强腹板及腹板附近处受力钢筋的布置,

避免采用均布受力钢筋的布置方式。

(2)合理的混凝土浇筑顺序。连续梁桥上部结构浇筑时,支架会产生不均匀沉降,因此浇筑混凝土时,应从跨中向两端墩(台)进行,同时邻跨也从中向两端墩(台)进行,在桥墩处设置接缝,待支架沉降稳定后,再浇筑墩顶处梁的接缝混凝土。

(3)关于裂缝控制的宽度。钢筋砼箱梁在使用状态下,受拉区出现裂缝是正常现象,但为了结构

社,1990

2　张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社,1998

3　交通部科技情报研究所,旧桥检验与加固[R].中南

地区公路科技情报网,1986

(收稿日期:2002-09-15)

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