预应力混凝土连续箱梁的监测和腹板斜裂缝成因分析 - 图文(2)

束南大学顿士学位论ｘ的作用Ｆ，混凝土结构容易开裂，使桥梁结构的正常使用和耐久性受到影响。实际上，早在１９世纪中期人们就提出过对混凝士施加预廊力的设想，并做出过大量的尝试，然而直到２０世纪２０年代以箭，这些尝试均告失败，究箕强冈主要是材料强度不足，麓燕弱颈应力嚣为溜凝士牧壤绘变熬彭晌囊谤失狳尽，２０世纪２０年代以来，材料技术得到极大的发展，高强度溉凝土午¨预应力钢筋相继出现，分析理论在一些学者的大力研究Ｆ也取得了突破性的进展。１９２０年，法阑：【程师Ｆｒｅｙｓｓｉｎｅｔ提出了混凝土振捣工艺，摁商了混凝土强成；材料工艺轶７０年枝开始采确凑效减求裁等掰型掺加刹截蠢塑蝗混凝±，攒竞了７０年代鲍嫒蛙撬凝±。袭髓潺凝±颈箨工慧（集中搀糕投揽箨车运输）蕊及泵送混凝±工艺。焉预瘟力钢筋静强凄从汗始的５８９ＭＰａ发展到如今的１９００ＭＰａ左右，其表现出的总的发展趋势是简强度（屈服强度、抗拉强度、疲劳强度）、低松弛、耐腐蚀、强粘性。１９２８年，Ｆｒｅｙｓｓｉｎｅｔ与美国工程师Ｄｉｌｌ确定了绦变的影响，在结构中建立了永存预应力斡瑾论：１９３９年，簿蛰入Ｄｉｓｃｈｉｎｇｅｒ发震了混滋主牧缝、撩变静数学分辑方法；弱筝，Ｆｒｅｙｓｓｍｅｔ提出了弗氏锚其（Ｆ式锚具）和张拉体系，该体系成为当时的工业标准之一。１９４０年｜冀蓐，ｊ｛ｊｉ应力技术发展飘加迅猛。继１９３９年法国首创Ｆ式体系和比利时首创Ｍａｇｎｅｌ体系后，在５０年代和６０年代，世界备国学翡提出了不下５０种锚固张拉体系。预应力技术从先张到后张，为太跨弪轿瓣的发展开黪了广‘阀｝｝擘１；蓼暴。在中国，绝大部分的大跨轻辑粱帮采臻预痤力体系。颈应力技术蕊的发震趋势燕提高单京力靛瓣张拉力，像诞锤圈的可靠程帮操作灵活篱馕的张拉体系。总而言之，预应力混凝土发展的三个基本豫素是”Ｊ：（１）抗压强度大于２９ＭＰａ的混凝±：（２）屈服点大予５８９ＭＰａ的预赢力钢筋；（３）建立并织持可靠盼预应力锚嘲张拉钵系。蔺鼯，菝应力混凝土结稳设嚣璎论弱骚究秘发袋瞧嚣益完善，为鞭应力混凝±瘦蠲予±本工程实践提供了科学依据。１。２颈应力混凝土箱粱的裂缝问题近年来，随着现代施工技术的进步，预应力施工技术水平的提高，三向（即纵向、横向、艇向）预应力应俐于箱彤截面，收到了良好的缀济效果，使得稽形截面的应辟ｊ更加广泛。但～些己建成的许多箱粱桥出现了不商程度匏裂缝，这种情况在众多妨太中跨经的预应力混凝七箍梁辑中｝￡较露燕。预应力混凝土籍粱裂缝的穰攒其形态的分类方式很多：从发生的部位可以分为顶扳裂缝、腹板裂缝、底板裂缝；从受力角度可以分为弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝、断开裂缝、局部应力引起的裂缝；从成因角度可以分为受力裂缝、混凝士收缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、温痰裂缝、支承裂缝、链邂或钱头娥裂缝，等等。篷１－Ｉ给出了一些预应力援凝土授粱常见鲍受力裂缝形式。对于预应力溉凝土粱桥而育，根据裂缝出现的位置，鞍常见的受力裂缝谢腹板斜裂缝、瓣直裂缝、纵向裂缝以及底扳端凝土保护层劈裂等。裂缝发生的原因是多方谢的，设计、施工等菜一方亟胸疏忽都有可能导致裂缝盼产生。对予垂壹裂缝，妇象设诗上实藩兹ｌ耍癌力藏秘不是、疆痣力援失过失或毒曩ｌ予施工马纛，。ｌ：芑粗糙，忽视圭嗥模的时机，都有可能导致霸爨裂缝的产生。混凝士的纵向裂缝可能是由下混凝土在硬化蝴ｆ司产生的戚街是在营运后阑受力而产生的。前者常存神一Ｊ“底扳ｐ缘，主磐魁由于｛昆凝１ｊ硬化期间的渝戍府力引起的，往往有害影响不夫：葱丁磊者产：生的聚弱可麓有强转：一手孛憝出ｒ求爱翔镄秘颈应力，这种裂缝翔聚０二翘范允许的宽琰范陶之出，可旺故为楚ｌｌｉ常麓，…般不需要采戢撩镌．第：秘；ｔ《能熊由丁蕊ｌ趣东南大学硕士学位论文的预应力过于强大。因为构件在承受轴向力的时候，轴向长度因弹性压缩而缩短，而与其垂直方向将因材料的泊松比而产生拉应力。如果正应力的储备过大，就会在其垂直方向产生较大的拉应变，在最薄弱的截面，往往是沿预赢力管道因拉应力过大而出现纵向裂缝，造成锈蚀的威胁要大干垂直裂缝。对于横向温差应力的估计不足，也有可能使箱粱混凝土出现纵向裂缝。对于斜裂缝而言，如果在设计上忽略斜截面强度或者主拉应力的验算，曲线钢束布置不合理或者遗漏了最不利组合的：ｔ：况，都有可能导致产生斜裂缝。在施：［上，模板安装粗糙、支架不预压、不对预应力管道及时进行灌浆都可能使混凝土出现斜裂缝。在国内外的桥例中，常常在使用过程中发现箱梁腹板出现与梁轴线成大约４５度、不同程度的斜裂缝。例如：河南省三门峡黄河公路大桥，该桥建成于１９９３年，仅仅运营了短短的七年，主桥（连续刚构）箱梁很多粱段的腹板就出现了斜裂缝；风陵渡黄河公路大桥，在１９９４年１１月竣１：通车几年后，主桥（连续梁）箱梁梁体在一些部位产生了不同程度的腹板斜裂缝。黄石跃江犬桥（连续刚构）于１９９５年竣工，使用一年后被发现腹板出现斜裂缝，同时跨中下挠明显。这些斜裂缝不仅会削弱桥梁结构的强度和刚度，还会加速钢筋锈蚀。而钢筋锈蚀则会引起体积膨胀，从而使混凝土开裂，破坏混凝土的受力性能，降低材料的耐久性能和桥梁的承载能力，影响桥梁的美观及使用寿命。如果严重时很可能引起交通事故。醚日醚司棚整桥梁结构鹳纵向弯曲裂缝在力筋未能。覆盖”而截面又未经检核处的裂缝，崖扳裂琏写梁的剪应力裂缝温［】浏＿７日躺《蛾三＝｜｛／块Ｉ；Ｈ｛呔～三＝｜ｊ≮蚶豸，三＝｝｜删萋给｜＿｜＝｜ｉ｜＊锚下裂缝蠢温◇强大预应力在结构内引起的裂缝图１．１预应力混凝士箱梁的常见受力裂缝形式‘１】对丁箱粱脱板的结构性开裂问题，除了上面提到的一些实例以外，还可以举一编实例来说明问题。东南大学硕士学位论文（１）工程实例一：某预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为３５ｍ＋４５ｍ＋３０ｍ。箱梁截面为单箱双室，采用满堂支架的施工方法。在通车１年后发现箱梁腹板１／４跨和３／４跨出现很多斜裂缝。（２）工程实例二：预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为５４．５５ｍ＋８５ｍ＋８５ｍ＋５４．５５ｍ。预应力束采用２４巾８５。采用悬臂施：［法浇筑，桥梁建成后尚未通车即已经开裂。开裂形态为中跨１／４Ｌ部分腹板出现斜向裂缝。（３）工程实例三：该桥为国家和交通部“八五”重点建设项目，主桥为三向预应力混凝士连续刚构桥。跨径为１６２．５ｍ＋３×２４５ｍ＋１６２．５ｍ，单箱单室截面。该桥在１９９６年通车，不久即开裂，开裂形态类似于（１）和（２），为腹板斜向裂缝。（４）工程实例四：预应力混凝土连续箱梁桥，主桥跨径５０ｍ＋５×９０ｍ＋５０ｍ，该桥在悬臂施工阶段即出现腹板斜裂缝。实际上，箱粱腹板开裂的现象在近年来的工程建设中远不【ｒ以上所举的几例，文献【７１列举了更多的实例。腹板斜裂缝不仅会削弱箱梁结构的抗剪强度和刚度，还会加速普通钢筋锈蚀。而钢筋锈蚀则会引起体积膨胀，从而使混凝土开裂，进一步破坏混凝士的受力性能，降低材料的耐久性能和桥梁的承载能力，影响桥梁的美观及使用寿命，严重时可能引起交通事故。很多桥梁经过平面杆系程序计算，其结果均显示全桥箱梁截面有较大的压应力，甚至没有计算拉应力存在，但是实际建成后常出现很多的斜裂缝，有的甚至倒塌【８】。几乎可以肯定的一个事实是：所用的预应力混凝土箱粱腹板的斜裂缝均是由腹板主拉应力或者剪应力导致的，但现有的平面杆系计算程序（计算方法）均很难反映这一受力特性。为此，对于大跨径预应力混凝土连续箱梁来说，进行空间分析是非常必要的。１．３国内外对箱梁腹板开裂的研究概况尽管腹板斜裂缝的问题早在１９５８年第三届国际预应力混凝土会议上就被提出，而且人们对于工字粱和Ｔ形梁的斜裂缝间题作了大量研究，并取得了一定的成就；但对于预应力混凝土箱梁的斜裂缝问题，研究得较少，直至今日，还没有形成共识。箱梁腹板斜裂缝是预应力混凝土箱梁桥中出现较多的一种裂缝，往往出现在剪应力较大的支座到工／４跨附近，常与梁轴线成２５。～５０。角，并随着时间的推移，裂缝数目也会增加，并逐渐向跨中方向发展。国内外很多学者对预应力混凝土箱梁的裂缝问题和混凝土的抗剪进行了广泛的研究和试验‘２７懈１【２９瑚纠】，但是到目前为止尚未形成统一的意见。一个明显的问题是，在不同的规范要求中对预应力混凝土的抗剪问题都存在不同的意见甚至是严重的分歧。在美国混凝士协会（ＡＣＩ）和美国各州公路运输工作者协会的规范，与国际预应力混凝土协会一欧洲混凝土胁会（ＦＩＰ－－ＣＥＢ）以及其他欧洲规范都存在着很多的差异。目前，对抗剪设计还没有达成完全一致的意见。许多国家在进行钢筋混凝士和预应力混凝士构件抗剪设计的时候，一般实际做法是使混凝士承担部分剪力，而使箍筋承担其余的剪力。法国的规范（如ＣＣＢＡ）规定，混凝土不承受任何剪力，所有剪力均由横向钢筋承担；而ＦＩＰ－－ＣＥＢ规范规定，相当部分的剪力由混凝十承担；ＡＣＩ规范规定，大部分剪力由混凝土承担，从而节省箍筋的用餐。法国科学家对只有普通钢筋和有预应力钢筋的混凝十构件进行了大量的试验。钢筋混凝一ｒＩ刑粱的静载试验结果表明，将混凝Ｌ考虑为承剪的组成部分是ＪＥ确的。但是，相同的梁往动力试验的情况Ｆ表现出的性能！Ｉ！ＩＪ完全不同。按照最人静载的１／３羊¨２／３中间值加上一百７ｊ玖的循环荷载，然后在对该梁进行静力试验．育到破坏为ｌｈ试蛉结果表明，Ａ出现裂缝ｊ＿ｉ百．由Ｊ。构什蕈木处ｒ弹性阶段，榆筋内的应力ｆ引氐。＂１足ｍ加Ｊ０００００玖之前．架就ⅢＪｍ东囊大学颈士学位论文了裂缝花纹。在试验过程中ｔ裂缝越来越明显，斜裂缝宽度不断增加，在动力试验结束时，裂缝宽度达１．５ｍｍ。虽然，此梁经过动载试验后的最大静力承载能力基本上与只做静力荷载试验靛其它梁相闽，可是大部分糍籀的颤裂可能袋生在６０００００次镬环左右。这秘试验表明，戳静力薪载设谤羧菝镪簸戆淫嚣ｌ方法一菇滢凝Ｉ：承受大部分势力，在薮板克许襞缝发溪麓倍｝咒Ｆ，就不可能保证实际结构的安全性”“。由于国内预Ｊ窭ｉ力混凝士箱粱的广泛采＿ｆ：Ｉｊ，预廊力箱梁腹扳开裂的现象越来越常见，国内的缎多学者和工穰师总结了很多箱梁腹板出现斜裂缝的原阏，例如，温度变化、混凝十水化热、冬季麓工接攮不当、漫凝主浚缝徐交、潺凝土拣强、基硪交影、钢麓锈渡、麓工薅避蒺爨低劣、施：［工蕊不符台规范等簿众多的漂霹都可能引起裂缝。但是由于腹投籀裂缝出现的服因常常是多种因索综合的结果，而且不同的桥梁可能导致的原因是不一样的旗至对于同一种桥梁的不同箱絷导致的主要原因也是不一样的，因此对于箱粱腹板斜裂缝的分析十分困娥。１．４本文的研究内容ｌ。霹．１本文的磷突背景本文依托于巢预应力混凝土造续箱粱桥的娥测与分析］：作，着蓬研究箱粱的定期监测实施方法、温瘦对连续筘粱的影响以及箱粱的平磁与空间分析以及导致箱粱腹援出现斜裂缝的缀瓣。１．４．２本文的研究内容零交要宠藏貔磷究懿下：犬中跨径预魔力混凝±箱梁的检测方法和蜜施方法，以便准确的反映箱梁缩构目前的结构状态：建立箱梁模型。井用于分析籀粱的空间受力特性；穆舍理豹麓粱瀚湛疫撵瘦模式寝焉予实际的工程绩擒的嚣撼分辑；对箱粱出现的辅转效应避行模ｊ羔｛，确定合理的扭转模式，｝｝葬由于箱梁藏藤扭转而导致的箱梁附加内力以及在扭转发生的情况下箱梁的箍体内力和主干立应力情况。１．４。３本文的技术愚路尽管箱梁裂缝出现的形式多种多样，但几乎都与箱粱裂缝处的主拉应力和箱桀的腹板剪力密切相关，因此本文在研究预成力混凝土箱粱架桥腹板开裂的问题时，重点将放在箱梁腹扳熬主拉应力秽夔巍力上；针对工程实际中出现的颈应力籀粱藏板开裂的闻题，服轿鬃处在昀不同的欹态，逐一送行分析，找山导致箱梁腹板开裂煅可能的原因｛本文的研究羹点在于箱形粱桥的腹板土拉庞力和剪应力，故必须充分的考虑糟梁的扭转车｛¨嘶变体埘。为了达到这个目的，需要删空间有靛元程序对箱凝进行空间受力分辑，以确定稳粱截嚣开裘鹣妻篮澎响琢ｌ素。东南大学硕士学位论文２预应力混凝土连续箱梁的定期检测方法２．１研究工程背景介绍某预应力混凝土连续梁桥，为３０ｍ＋４５ｍ＋３０ｍ的３孔变截面预应力混凝土连续箱梁桥，斜桥正做，上、下行错开。主墩采用圆柱Ｙ形实体墩，基础为钻孔灌注桩。桥梁立面布置如图２－１所示。百图２－１大桥立面布置图（单位：厘米）大桥设计荷载为汽车一超２０级，挂车一１２０。预应力混凝土连续箱粱为单箱双室截面，支座截面高度２．５０ｍ，中跨跨中截面高度为１．３０ｍ。箱梁梁体采用５０号混凝土浇筑。典型截面如图２－２所示。支主黄ｉ中辟蚌中藏面图２－２大桥典型截面图（单位：厘米）箱粱施工采用满堂支架现浇混凝土的施工工艺。全桥７－－１９９８年４月完成主体１程，同年９月全桥通车。１９９９年３月发现大桥右幅预廊力混凝十箱梁４５ｍ跨跨中区段有向ｒ变形、桥面下凹的现象。使用桥梁检测乍检测发现该桥右幅箱梁在中跨（４５米跨）１／４Ｌ及３／４Ｌ附近的腹板上有约鼍４５度角的混凝十斜裂缝、底板表面有较多不规则的纵桥向裂缝，引起了有关部门的重视。为了判别人桥箱梁目前的结构状态羽Ｉ已有缺陷的发展，同刚分析产生的原冈，在箱梁的外观检赍的基础上对其进行了为期近１年的定期检测。讯Ｓ

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