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1頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容1、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的發(fā)展概況2、常見預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫3、防止開裂的措施4、豎向預(yù)應(yīng)力在大跨度混凝土箱梁橋的作用與研究5、豎向預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介第2頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的發(fā)展概況1、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)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(hù)費(fèi)用低、適用于多種跨度等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋已成為高速公路大中跨徑混凝土橋梁設(shè)計(jì)的首選。在三向預(yù)應(yīng)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(jìn)和計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋存在的問題有關(guān)這類橋開裂的報(bào)告不斷增加，甚至認(rèn)為“無(wú)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3頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、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(yīng)力過大,可能是由于豎向預(yù)應(yīng)力失效和縱向預(yù)應(yīng)力筋彎起不夠,剪應(yīng)力過大導(dǎo)致主拉應(yīng)力增加引起開裂,同時(shí)有可能設(shè)計(jì)方面也存在縱向預(yù)應(yīng)力布置不合理等邊跨中跨裂縫裂縫第4頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、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(diǎn)位置的局部拉應(yīng)力偏大.主要是倒角過大,或倒角沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求.同時(shí)存在設(shè)計(jì)對(duì)畸變應(yīng)力認(rèn)識(shí)不足的情況.溫度應(yīng)力等截面畸變第5頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、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(yīng)力偏大與中性軸附近的剪應(yīng)力過大導(dǎo)致主拉應(yīng)力偏大同時(shí)存在.第6頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4、箱梁頂、底板縱向裂縫產(chǎn)生的原因：1）橫向預(yù)應(yīng)力張拉達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；2）箱梁設(shè)計(jì)跨度過大3）溫度應(yīng)力或養(yǎng)護(hù)的問題4）畸變應(yīng)力裂縫第7頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二5、橫隔板裂縫與人行孔放射性裂縫6、預(yù)應(yīng)力錨固齒板附近的裂縫裂縫放射性裂縫裂縫第8頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二7、腹板內(nèi)沿縱向筋方向的裂縫縱向預(yù)應(yīng)力筋沿縱向筋的裂縫裂縫產(chǎn)生的部位一般在縱向預(yù)應(yīng)力筋的彎起段產(chǎn)生的原因：彎起段的壓應(yīng)力引起的劈裂裂縫，深度不會(huì)太大（跑模使腹板變薄，彎起角度與曲線不符合設(shè)計(jì)要求），可以在起彎部分垂直布置分布鋼筋。局部分布鋼筋第9頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二9、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(shè)計(jì)不合理合龍溫度不當(dāng)合龍段張拉預(yù)應(yīng)力順序不當(dāng)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(hù)不當(dāng)引起的。11、連續(xù)剛構(gòu)橋在梁墩連接部位、墩承臺(tái)連接部位的裂縫合龍段預(yù)頂力不當(dāng)，合理優(yōu)化預(yù)頂力可以避免（一般由施工監(jiān)控單位進(jìn)行復(fù)核計(jì)算）第10頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二12、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(yù)應(yīng)力張拉時(shí)會(huì)產(chǎn)生徑向力。合理設(shè)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(yīng)特別給予關(guān)注。徑向力第11頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二13、徐變對(duì)開裂的影響及預(yù)拱度設(shè)置14、高墩日照對(duì)墩身開裂影響第12頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一）、豎向預(yù)應(yīng)力的發(fā)展1）使用的目的：減少和控制腹板主拉應(yīng)力、防止開裂，在箱梁腹板設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋成為設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容2）國(guó)外發(fā)展情況：國(guó)外60-70年代就開始應(yīng)用粗鋼筋作為豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋：德國(guó)1965年建成的Bendorf橋，美國(guó)1979年建成的Kenducky河橋和1984建成的Huston運(yùn)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(yù)應(yīng)力在大跨度混凝土箱梁橋的作用與研究第13頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3）國(guó)內(nèi)發(fā)展情況：

我國(guó)首座采用三向預(yù)應(yīng)力的大跨徑預(yù)應(yīng)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(qiáng)度低、松馳大、錨具（扎絲錨）回縮量大、預(yù)應(yīng)力損失大，并沒有取得控制腹板主拉應(yīng)力、防止腹板開裂的預(yù)期效果高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋的發(fā)展，它是20世紀(jì)70年代先由國(guó)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(jiǎn)單，強(qiáng)度高，低松馳

1981年建成的湖北襄樊長(zhǎng)虹大橋，1985年建成的廣東洛溪大橋第14頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二）豎向預(yù)應(yīng)力效果分析

施加了豎向預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失過大或失效，是導(dǎo)致混凝土箱梁橋腹板開裂、沒有達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要原因之一引起豎向預(yù)應(yīng)力失效主要原因：初始張拉力不夠，其次錨墊板與豎向預(yù)應(yīng)力筋不垂直度過大，壓漿不飽滿或沒有壓漿。沒有檢測(cè)手段檢測(cè)豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉力是導(dǎo)致工人張拉時(shí)隨意性的主要原因。第15頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三）豎向預(yù)應(yīng)力失效的問題引起關(guān)注設(shè)計(jì)方面：

改善豎向預(yù)應(yīng)力筋布置方式，合理確定豎向預(yù)應(yīng)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(guó)橋規(guī)建議采用二次張拉和超張拉工藝）、真空壓漿、對(duì)精軋螺紋鋼筋加上附加扭力、采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋

相關(guān)學(xué)者的研究：

如預(yù)加力擴(kuò)散角和預(yù)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(guān)系

第16頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二四）豎向預(yù)應(yīng)力研究1、豎向預(yù)應(yīng)力在腹板中應(yīng)力分布規(guī)律2、豎向預(yù)應(yīng)力張拉方式對(duì)腹板應(yīng)力分布的影響3、豎向預(yù)應(yīng)力孔道及壓漿飽滿度對(duì)腹板截面抗剪性能的影響作用4、豎向預(yù)應(yīng)力損失5、提高豎向預(yù)應(yīng)力作用效果的主要途徑及檢測(cè)手段探索第17頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1、豎向預(yù)應(yīng)力在腹板中應(yīng)力分布規(guī)律

⑴豎向預(yù)應(yīng)力在腹板中產(chǎn)生的壓應(yīng)力呈正態(tài)分布，在預(yù)應(yīng)力作用線處最大，并向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散，在兩側(cè)較遠(yuǎn)處出現(xiàn)數(shù)值較小的豎向拉應(yīng)力。⑵在腹板高度偏離中性軸后，豎向應(yīng)力擴(kuò)散的范圍逐漸的縮小，相應(yīng)在作用線處的壓應(yīng)力卻逐漸的增大。第18頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二現(xiàn)場(chǎng)豎向預(yù)應(yīng)力分布規(guī)律測(cè)試第19頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、豎向預(yù)應(yīng)力張拉方式對(duì)腹板應(yīng)力分布的影響

張拉方式：一次張拉、分段張拉、滯后張拉

第20頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

分段張拉豎向正應(yīng)力云圖“應(yīng)力空白區(qū)”施工接縫處施工接縫處

滯后張拉豎向正應(yīng)力云圖

研究表明：滯后張拉是減少施工接縫應(yīng)力空白區(qū)的有效手段第21頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、豎向預(yù)應(yīng)力孔道及壓漿飽滿度對(duì)腹板截面抗剪性能的影響作用

研究人員對(duì)錢江三橋豎向預(yù)應(yīng)力筋的壓漿質(zhì)量做過隨機(jī)抽檢，從抽檢了35根豎向預(yù)應(yīng)力筋，結(jié)果表明：無(wú)漿占71.42％；不飽滿占11.42％；開孔流水的占40％。當(dāng)豎向預(yù)應(yīng)力筋存在壓漿不飽滿或未壓漿的情況，預(yù)留孔道削弱抗剪截面（包括縱向拉、壓應(yīng)力引起的應(yīng)力集中）會(huì)使主拉應(yīng)力增加，存在著有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)的情況。很明顯，設(shè)計(jì)工程師并沒有考慮道灌漿不飽滿及未灌漿的問題對(duì)腹板抗剪截面的削弱對(duì)主拉應(yīng)力值的影響

第22頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第23頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二室內(nèi)模型試驗(yàn)第24頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二研究結(jié)論:豎向預(yù)應(yīng)力孔道在漏灌漿的情況下，會(huì)明顯引起腹板的主拉應(yīng)力增加，降低了豎向預(yù)應(yīng)力使用效果，在荷載作用下會(huì)提前出現(xiàn)斜裂縫，并會(huì)在漏灌漿的預(yù)應(yīng)力孔道加速裂縫發(fā)育。漏灌漿的預(yù)應(yīng)力孔道必將影響橋梁的耐久性。

施工單位和監(jiān)理單位應(yīng)該對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力孔道灌漿引起高度重視。

第25頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4、豎向預(yù)應(yīng)力回縮瞬時(shí)損失

一次張拉鋼筋與螺母相對(duì)滑移量二次張拉鋼筋與螺母相對(duì)滑移量豎向預(yù)應(yīng)力張拉方式：一次張拉，二次張拉結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)均表明一次張拉和二次張拉的瞬時(shí)損失并沒有明顯區(qū)別，大至均在10%左右，與規(guī)范計(jì)算接近。為了減少施工工序建議采用一次張拉。第26頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二5、錨具垂直度對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力回縮瞬時(shí)損失影響

錨具安裝偏角造成預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失率第27頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第28頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

橋名樣本數(shù)最大角度平均值標(biāo)準(zhǔn)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29頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公路特大橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與整體結(jié)構(gòu)相同采用安全等級(jí)一級(jí)，即可靠度=95％。通過統(tǒng)計(jì)，樣本空間數(shù)據(jù)分布的平均值數(shù)值較大，達(dá)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(shí)測(cè)表明：體現(xiàn)了豎向預(yù)應(yīng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)況。明顯地，若以錨墊板安裝傾角4.75°計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失比規(guī)范值偏大。應(yīng)引起施工單位、監(jiān)理單位和業(yè)主單位的重視

第30頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二在豎向預(yù)應(yīng)力筋錨下安裝了測(cè)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(jìn)行無(wú)線傳輸測(cè)試豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力（目前已達(dá)三年多）

6、豎向預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失

第31頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二長(zhǎng)期測(cè)試表明：

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

2）張拉在混凝土澆筑完成40天后進(jìn)行的，孔道灌注砂漿時(shí)水泥的水化熱對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力損失影響很小。

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

4）導(dǎo)致豎向應(yīng)力失效并不是長(zhǎng)期損失造成的第32頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1）施工應(yīng)采用滯后張拉，一般滯后一個(gè)梁段可滿足設(shè)計(jì)要求；2）縮瞬時(shí)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(zhǎng)期損失占5%左右，豎向預(yù)應(yīng)力失效不是長(zhǎng)期損失造成的；3）錨墊板安裝質(zhì)量對(duì)豎向預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力孔道灌漿應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制；5）造