鐘秀大橋底板缺陷

1、鐘秀大橋主橋箱梁底板病害分析一、 橋梁概況鐘秀大橋位于南通市區(qū)北城大橋與二號(hào)橋之間，跨越通呂運(yùn)河，規(guī)劃三級(jí)航道，通航凈空70x5.5m。主橋采用（60+100+60）m三跨變截面連續(xù)箱梁，橋梁全寬30m，兩幅橋并列設(shè)置，中間設(shè)置2cm沉降縫，單幅橋?qū)?4.99m。箱梁采用單箱單室截面，外側(cè)懸臂3.5m，內(nèi)側(cè)懸臂3.49m，箱梁底寬9m。主墩頂箱梁中心梁高5.6m，跨中梁高2.6m，箱梁高度由跨中2.6m按二次拋物線漸變至支點(diǎn)處的5.6m。主橋箱梁采用縱橫豎三向預(yù)應(yīng)力體系?？缰邢戮壴O(shè)置32束（每束15根鋼絞線）底板合龍束，預(yù)應(yīng)力束孔道中心間距為16cm。圖1 橋梁立面圖2 1/2中跨立面二、 現(xiàn)

2、階段主橋箱梁底板主要病害狀況及分析1、錯(cuò)臺(tái)懸澆節(jié)段之間的頂板、底板、腹板均出現(xiàn)不同程度的錯(cuò)臺(tái)。圖3 頂板錯(cuò)臺(tái) 圖4 腹板錯(cuò)臺(tái)2、蜂窩、麻面、漏筋及空洞圖5 漏筋麻面圖6 漏筋麻面空洞圖7 混凝土修補(bǔ)不密實(shí)3、主橋箱梁底板崩裂 圖8 主橋箱梁底板崩裂的總體位置 圖9 東側(cè)橋（南岸 12#、13#節(jié)段）箱梁底板崩裂 圖10 東側(cè)橋 (北岸 12#、13#節(jié)段) 箱梁底板崩裂圖11 西側(cè)橋南岸（10#、11#節(jié)段）箱梁底板崩裂圖12 西側(cè)橋北岸（12#、13#節(jié)段間、12#、11#節(jié)段間）箱梁底板崩裂圖13 西側(cè)橋北岸（12#、13#節(jié)段間）4、主橋箱梁底板崩裂現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間左半幅橋：2011年10月

3、6日，在張拉第一批次中跨合攏鋼束（據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反映20束）后，南岸及北岸底板在13#和12#節(jié)段接縫處分別出現(xiàn)兩處底板崩裂；第二批鋼束張拉完成后，崩裂現(xiàn)象未見明顯增加。右半幅橋：2011年10月13日，白天張拉第一批次18束鋼束，次日早晨在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)南岸10#、11#節(jié)段接縫處出現(xiàn)一處底板崩裂，北岸在13#、12#節(jié)段接縫處及10#、11#節(jié)段接縫處分別發(fā)生底板混凝土崩裂。兩幅橋的邊跨底板均未發(fā)現(xiàn)崩裂現(xiàn)象。5、主橋箱梁底板發(fā)生崩裂呈現(xiàn)的特征 （1）邊跨箱梁底板沒有發(fā)生崩裂，僅主跨箱梁底板發(fā)生崩裂。（2）張拉主跨箱梁底板合攏束數(shù)量約一半時(shí)，主跨箱梁底板出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象，但在合攏束全部張拉后，并沒有發(fā)現(xiàn)新的箱

4、梁底板崩裂現(xiàn)象，且隨著時(shí)間推移，暫未出現(xiàn)箱梁底板崩裂惡化現(xiàn)象。（3）箱梁底板崩裂位置均發(fā)生在節(jié)段與節(jié)段之間的接縫位置處。（4）崩裂現(xiàn)象在橋跨方向不具有對(duì)稱性，發(fā)生的位置有： 12#、13#節(jié)段接縫，11#、12#節(jié)段接縫，11#、10#節(jié)段接縫等。（5）箱梁橫向位置沒有規(guī)律性：有發(fā)生在腹板附近，有發(fā)生在底板橫向跨中的。三、 主橋箱梁底板崩裂的原因分析預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁底板崩裂的主要原因是沿底板下緣呈曲線布設(shè)底板合攏束張拉后對(duì)其下混凝土產(chǎn)生徑向壓力（簡(jiǎn)稱徑向力）。該徑向力與單束鋼束張拉力成正比，與鋼束在該點(diǎn)的曲率半徑成反比。當(dāng)鋼束呈平滑曲線布設(shè)時(shí)，合攏束張拉后產(chǎn)生的向下的徑向力一般較小，

5、箱梁底板上、下層鋼筋之間設(shè)置少量的鉤筋即可克服。1、合攏束孔道位置偏差，產(chǎn)生較大的徑向力，箱梁底板將會(huì)發(fā)生崩裂。如果合攏束孔道位置存在較大偏差時(shí)，例如預(yù)應(yīng)力鋼束在某一位置產(chǎn)生突變，則該點(diǎn)曲率半徑將會(huì)大幅度的減小，可導(dǎo)致底板向下的徑向力數(shù)十倍甚至數(shù)百倍的增加，當(dāng)向下的應(yīng)力超過(guò)混凝土拉應(yīng)力時(shí)，造成預(yù)應(yīng)力鋼束下緣混凝土因較大徑向力作用而發(fā)生局部崩裂。2、底板上下層鋼筋之間設(shè)置的鉤筋如果沒有達(dá)到預(yù)期效果，也可能發(fā)生崩裂。為克服鋼束徑向力產(chǎn)生的底板下崩力，設(shè)計(jì)時(shí)在箱梁底板上下層鋼筋之間設(shè)置鉤筋，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，如果沒有按照規(guī)定設(shè)置鉤筋，或設(shè)置的鉤筋施工質(zhì)量差，也可能發(fā)生崩裂。本項(xiàng)目的主橋箱梁底板鉤筋設(shè)置及相

6、關(guān)要求如下：相應(yīng)圖紙附注明確要求如下：“ 2. N13N16為拉筋，頂板、底板、腹板兩層鋼筋網(wǎng)之間的拉筋呈梅花形布置，相鄰兩筋順橋向間距不超過(guò)50cm。拉筋應(yīng)鉤在兩層鋼筋網(wǎng)最外側(cè)鋼筋上。拉筋若與預(yù)應(yīng)力管道發(fā)生干擾，可適當(dāng)調(diào)整拉筋位置。 3. 腹板箍筋如與預(yù)應(yīng)力管道發(fā)生干擾，截?cái)喙拷詈笮杌謴?fù)。 4. 箍筋和拉筋末端均應(yīng)做成135度彎鉤?！蓖瑫r(shí)在施工圖總說(shuō)明 6.4 主橋施工要點(diǎn)第22條強(qiáng)調(diào)“箱梁頂、底板內(nèi)豎向拉筋要求必須鉤住板的頂面橫橋向鋼筋及底面橫橋向鋼筋并焊接或綁扎牢固，拉筋彎折角度要求不小于135°?！比魧?shí)施時(shí)鉤筋用量偏少或鉤筋變成頂?shù)装逯g的架立筋，則該鋼筋起不到聯(lián)系上下層鋼筋

7、網(wǎng)及承擔(dān)預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力的作用，混凝土一旦開裂，就會(huì)馬上展開，致使底板混凝土局部分層?？赡軙?huì)導(dǎo)致底板崩裂。3、預(yù)應(yīng)力孔道下的混凝土保護(hù)層厚度不足預(yù)應(yīng)力孔道下的混凝土保護(hù)層過(guò)薄是導(dǎo)致底板崩裂的誘因之一。4、混凝土質(zhì)量太差，或強(qiáng)度很不均勻時(shí)，也容易發(fā)生底板崩裂?；炷翉?qiáng)度不足亦可能導(dǎo)致底板崩裂，混凝土的構(gòu)成材料、施工中振搗密實(shí)程度及混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)條件等均會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。綜上所述，導(dǎo)致箱梁底板崩裂的根本原因是預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生向下的徑向力，如果節(jié)段之間出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，或其他原因引起的預(yù)應(yīng)力孔道出現(xiàn)較大偏差，將可能出現(xiàn)數(shù)十倍的徑向力，必然導(dǎo)致箱梁底板崩裂；如果箱梁底板上下層鋼筋之間沒有設(shè)置有效鉤筋、

8、箱梁底板混凝土質(zhì)量較差、箱梁底板合攏束之間的間距偏差較大等，這些因素也是導(dǎo)致箱梁底板崩裂的重要原因。四、 主橋箱梁底板崩裂等主要病害處理建議1、 應(yīng)全面檢查病害狀況，將病害分類，并將此作記錄，便于今后檢查進(jìn)行比對(duì)。2、 主跨跨中附近約2X20m范圍內(nèi)，應(yīng)采取措施，加強(qiáng)箱梁底板上、下層鋼筋之間的連接，以彌補(bǔ)可能因鉤筋施工質(zhì)量控制不理想狀況問(wèn)題。3、 箱梁底板崩裂部位，應(yīng)采用有效加固措施，恢復(fù)箱梁原底板作用，其中，應(yīng)加強(qiáng)箱梁底板再次防脫落構(gòu)造措施。4、 箱梁底板混凝土缺陷部位應(yīng)進(jìn)行有效加固。5、 應(yīng)高度重視本橋成橋的荷載試驗(yàn)情況，建議對(duì)本橋在運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)必要的監(jiān)測(cè)。2011年10月23日鐘秀大橋主

9、橋縱向計(jì)算書1） 單元離散2） 箱梁應(yīng)力驗(yàn)算（1） 正應(yīng)力拉應(yīng)力計(jì)算（抗裂驗(yàn)算）：規(guī)范規(guī)定，全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在作用短期效應(yīng)組合下應(yīng)符合st0.85pc0 Mpa經(jīng)計(jì)算在短期效應(yīng)組合下，主梁上、下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件要求。 短期效應(yīng)組合正應(yīng)力 經(jīng)計(jì)算，箱梁跨中下緣最小壓應(yīng)力1.3Mpa，最大壓應(yīng)力14.6Mpa。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)中跨底板束配置量進(jìn)行了試算比較，若將N1鋼束減少兩束，則跨中下緣最小壓應(yīng)力0.3Mpa，最大壓應(yīng)力13.2Mpa若將N1鋼束減少四束，則跨中下緣出現(xiàn)0.4MPa拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力12.7Mpa（2） 主應(yīng)力主拉應(yīng)力：規(guī)范第6.3條規(guī)定：斜截面抗裂應(yīng)對(duì)構(gòu)件

10、斜截面混凝土的主拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，并應(yīng)符合下列要求：全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下，現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件tp0.4ftk0.4×2.65=1.06MPa。在不計(jì)入豎向預(yù)應(yīng)力效應(yīng)下，本橋在作用短期效應(yīng)組合下，除主墩支點(diǎn)截面（程序未考慮支座削峰作用）截面最大主拉應(yīng)力1.1Mpa外，其余截面都小于1.06Mpa，滿足規(guī)范要求；若計(jì)入豎向預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，截面主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。主壓應(yīng)力：規(guī)范第7.1.6條規(guī)定：使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面混凝土的主壓應(yīng)力，應(yīng)符合下列要求：cp0.6fck19.44MPa。本橋在標(biāo)準(zhǔn)組合下最大主壓應(yīng)力13.7MPa<19.4 MPa，滿足

11、規(guī)范要求。短期荷載效應(yīng)組合主拉應(yīng)力及標(biāo)準(zhǔn)組合主壓應(yīng)力（3） 施工階段應(yīng)力按照新公橋規(guī)第7.2.8條規(guī)定，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：壓應(yīng)力cct0.70fck，拉應(yīng)力ctt0.70ftk。本橋設(shè)計(jì)要求施工時(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的90%方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，故壓應(yīng)力允許值0.70fck0.7×0.9×32.420.412Mpa，拉應(yīng)力允許值0.70ftk0.70×0.9×2.651.67Mpa。本橋在施工階段的應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。本橋施工階段最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在中跨合龍后預(yù)應(yīng)力鋼束張拉全部完成，在該工況下，截面應(yīng)力

12、如下：3） 箱梁抗彎極限承載力驗(yàn)算箱梁縱向抗彎極限承載力計(jì)算表明，運(yùn)營(yíng)階段所有區(qū)域荷載效應(yīng)組合值均小于箱梁的承載能力設(shè)計(jì)值，箱梁抗彎承載力滿足規(guī)范要求，見下圖。 箱梁截面最小抗力及其對(duì)應(yīng)內(nèi)力箱梁截面最大抗力及其對(duì)應(yīng)內(nèi)力4） 箱梁抗剪極限承載力驗(yàn)算箱梁縱向抗剪極限承載力計(jì)算表明，運(yùn)營(yíng)階段所有區(qū)域荷載效應(yīng)組合值均小于主梁的承載能力設(shè)計(jì)值，主橋箱梁抗剪承載力滿足規(guī)范要求。1/2箱梁最大剪力及其抗力圖1/2箱梁最小剪力及其抗力圖5） 箱梁剛度驗(yàn)算經(jīng)計(jì)算，在汽車荷載作用下箱梁豎向最大向下位移為3.3cm，最大向上位移為1.6cm，位移幅值為4.9cm，C50混凝土撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)=1.425，因此，箱梁

13、最大位移幅值為4×1.425=6.98cm，小于規(guī)范容許值L/600=16.7cm，箱梁剛度滿足規(guī)范要求?？缰泻淆埗尉植渴芰Ψ治?. 計(jì)算模型模型取1/2（跨中合龍段+1013號(hào)節(jié)段），縱向長(zhǎng)度16.5m；邊界條件為10#節(jié)段端部面橫、豎向約束，合龍段中間面采用對(duì)稱約束，即縱橋向約束；計(jì)算工況主要考慮中跨底板合龍束全部張拉完之后該結(jié)構(gòu)的空間局部應(yīng)力，中跨合龍束按照有效應(yīng)力1100MPa施加；該模型中單元最大尺寸為20cm，共177176個(gè)單元，有限元模型如下圖所示。幾何模型有限元模型2. 計(jì)算結(jié)論1013節(jié)段及合龍段底板的縱向及豎向應(yīng)力如圖1圖3所示。由計(jì)算結(jié)果可知，1013節(jié)段及合龍段縱向正應(yīng)力的壓應(yīng)力水平較高，跨中附近達(dá)到了16.3MPa，這與平面桿系模型的縱向應(yīng)力值17MPa相近，結(jié)果可靠。底板豎橋向出現(xiàn)了拉應(yīng)力，但應(yīng)力水平很低，僅為0.2MP