预应力混凝土箱梁腹板裂缝分析及控制措施

2019年第33期（11月 下）

预应力混凝土箱梁腹板裂缝分析及

控制措施

高新学

（山东省交通工程监理咨询有限公司，山东 济南 250014）

摘要：结合工程实例，先分析了预应力混凝土箱梁的受力特点，接着分析了腹板裂缝类型和形成原因，最后从设计和施工两个方面分析了腹板裂缝的控制措施，希望对同类工程有一定的参考和借鉴价值。关键词：预应力；混凝土箱梁；腹板裂缝中图分类号：U448.35

文献标识码：B

0 引言

预应力混凝土箱梁是目前我国桥梁工程施工建设中应用的主要结构，但预应力混凝土箱梁结构形式在运行过程中频繁发生的腹板裂缝，已经成为此类桥梁工程主要的病害。腹板裂缝形成原因较多，且比较复杂。如果不进行及时处理就会蔓延，甚至形成贯穿裂缝，从而影响整个桥梁工程结构的稳定性和安全性，降低使用寿命。基于此，结合工程实例，开展预应力混凝土箱梁腹板裂缝分析及控制就显得尤为必要。

形并不自由，会受到拉伸和压缩两个方面应力的影响，畸变多由矩形截面受扭后变形形成。

3 预应力混凝土箱梁腹板裂缝的种类

3.1 水平裂缝

在预应力混凝土箱梁施工中，如果腹板的厚度不足或者横隔板设计数量比较少，会引发预应力混凝土箱梁的扭转变形约束不合理或者约束刚度不足，在腹板上形成水平裂缝。主要发生在连续梁施工到主跨L/4到L/2的位置，腹板水平裂缝的形状如图1所示。

1 工程概述

某预应力混凝土箱梁工程地形地貌复杂多变，受到水文、地质、地貌条件的限制，施工路线比较长，桥梁跨径以30m装配式预应力混凝土箱梁为主，个别跨径为连续箱梁，混凝土为C50高性能混凝土。预应力钢绞线为抗拉强度标准值1680MPa，公称直径为15.2mm低松弛高强度钢绞线，预应力管道为圆形金属波纹管。在桥梁使用过程中，通过现场检查发现一些箱梁腹板局部产生了不规则裂纹，个别箱梁在腹板端头沿预应力管道方向的斜向裂缝明显。

3.2 竖向裂缝

在预应力混凝土箱梁腹板中形成的竖向裂缝主要有两种。一种是非结构性裂缝，混凝土会受到模板给予的摩擦和约束作用，使混凝土自由收缩受阻从而形成非结构裂缝。在模板拆除之前，非结构裂缝会快速发展，如果控制不及时，会演变为宽度比较小的通缝。此外，在接缝的位置也容易形成竖向裂缝，通常沿着顶板和底板形成横向开裂。

另一种是结构裂缝，在预应力混凝土箱梁施工中，如果温度变形受到限制或者箱梁一侧支座发生问题，使箱梁整个截面被拉开，致使混凝土表面形成拉裂裂缝。结构裂缝示意图如图2所示。

图1 预应力混凝土箱梁腹板水平裂缝图

水平裂缝

水平裂缝

2 预应力混凝土箱梁受力特点分析

本预应力混凝土箱梁工程主要荷载为恒荷载和活荷载，其恒荷载主要呈现对称布置，活荷载部分对称布置，更多是偏心布置。因此，作用该预应力混凝土箱梁工程上的外力，可通过偏心荷载进行全面系统的结构分析。在偏心荷载的影响下，预应力混凝土箱梁发生了不同程度的纵向弯曲、扭转、畸形等变形。在纵向弯曲过程中，形成了一定的竖向变位，其弯曲应力和剪切应力在横截面上呈现不均匀布置。扭转分为两部分，一部分是自由扭转，另一部分是约束扭转。其中，自由扭转中的纵向变形多呈现自由状态，扭转较大时在截面上容易形成自由翘曲，但并不会形成纵向弯曲正应力，多为扭转剪应力[1]。约束扭转的变

竖向裂缝

图2 预应力混凝土箱梁腹板竖向裂缝图

收稿日期：2019-06-28

作者简介：高新学（1978—），男，高级工程师，工学学士，主要研究方向为桥梁混凝土。

943.3 斜向裂缝

斜向裂缝是预应力混凝土箱梁腹板最常见的裂缝类型，在混凝土施工中，如果受到弯剪作用，就会形成斜向裂缝。预应力混凝土箱梁截面高度和腹板尺寸普遍比较小，支座附近梁段所承受的剪力比较大，在腹板上形成斜向裂缝。

斜向裂缝

图3 预应力混凝土箱梁腹板斜向裂缝图

4 预应力混凝土箱梁腹板裂缝形成的主要原因

大量工程实例和研究表明，导致预应力混凝土箱梁腹板发生裂缝的原因有很多，主要包括以下几点。4.1 腹板厚度对腹板开裂的影响比较大

在预应力混凝土箱梁施工设计中，通常通过减少箱梁腹板厚度的方法来减轻桥梁总体结构的重量。但在整个预应力混凝土箱梁结构中，腹板的主要作用是承受剪切力。因此，如果腹板的厚度不足，必然会降低腹板抗剪的能力，桥梁工程投入使用后混凝土仍然会发生不同程度的收缩徐变，这些因素都会增加腹板承受的剪力，从而形成裂缝。这点也是该桥梁工程投入使用后腹板发生裂缝的主要原因。4.2 预应力筋布置不合理

在预应力混凝土箱梁工程施工中，如果箱梁纵向筋布置不合理也会引发腹板裂缝。大量工程实例表明，腹板裂缝和预应力混凝土箱梁预应力筋的布置情况有很大影响，通过采取科学合理的布置方法，降低桥梁工程在使用中预应力损失值，确保预应力混凝土箱梁具有充裕的预应力值是避免腹板发生裂缝的主要方法[2]

。4.3 非预应力筋布置方式不科学

非预应力筋和预应力筋在提升预应力混凝土箱梁结构稳定性方面具有一定的相似性，其布置情况同样会对腹板的受力情况造成不同程度的影响，布置不科学也会引发腹板裂缝。

4.4 混凝土收缩和徐变

在预应力混凝土箱梁施工和使用过程中，混凝土的收缩和徐变也是导致腹板形成裂缝的主要原因。其中，混凝土收缩形成的裂缝在早期形成，多数裂缝在施工中就已经产生。混凝土徐变是导致预应力混凝土箱梁与应力损失的主要因素，普通混凝土徐变只和自重有关， 而预应力混凝土箱梁中混凝土的徐变是重力和预应力共同影响的结果，一旦混凝土发生收缩和徐变，就必然会对混凝土结构的内力造成影响，此种影响随着预应力混凝土箱梁服役时间的增加而愈发明显，从而影响混凝土结构内力的分布，进而引发腹板裂缝[3]。

5 预应力混凝土箱梁腹板裂缝的控制措施

由于预应力混凝土箱梁腹板裂缝形成原因众多，采取

交通世界TRANSPOWORLD单一控制措施很难有效控制裂缝，可从设计、施工两个方面同时入手，以提升腹板裂缝控制效果。5.1 设计上控制腹板裂缝的措施

（1）通过先进杆系有限元，对预应力混凝土箱梁结构的受力情况进行全面系统的分析，再通过三维空间有限元对各个受力情况及布局合理分析，通过上述两个步骤，可

大幅度减少结构分析过程中消耗的时间，为后期结构施工提供数据支持和理论指导，从而避免预应力造成的局部开裂问题。

（2）随着我国科学技术的不断发展，预应力防腐技术和工艺愈发先进。例如：在预应力混凝土箱梁施工中，有效应用体外预应力施工技术和无黏结预应力施工技术，都可以大幅度提升竖向预应力筋的有效预应力，既能降低腹板裂缝形成的概率，也可以满足对腹板施工、安装、检查费、维修的需求。

（3）通过有限元软件对预应力混凝土箱梁腹板弹性压缩损失情况进行全面分析，从而得到影响范围和实际规律，为腹板施工提供数据支持。

（4）在预应力混凝土箱梁跨中和边跨施工中，由于箱梁的高度比较矮，需要降低预应力筋上下锚固的长度，此阶段的预应力作用机理有限，因此，在具体设计过程中，需要在腹板的位置增加普通钢筋，从而达到提升抗裂的目的。5.2 施工中采取的控制腹板裂缝的措施

为保证预应力混凝土箱梁施工质量和结构的稳定性，必须对腹板裂缝进行合理的处理，具体而言，可以从以下几个方面入手：

（1）在施工中采用单顶对大吨位千斤顶进行预张拉和补张拉，并确保每根钢绞线受力的一致性，提升锚固下方应力值之间的均匀性。

（2）为提升预应力施工效率，在具体施工中还要进一步改进和完善施工工艺，通过现场试验确定合理的施工参数，采用模架定位安装波纹管，确保预应力管道位置的正确性与牢固性；严格控制锚固垫板安装的倾角误差，切实做到“两平一直”和“三轴同心”，控制垫板和螺帽之间的夹角在1°之内，以保证竖向预应力筋应力的有效性[4]。

（3）重视水泥水化热对预应力混凝土箱梁腹板施工质量的影响，选择低水化热水泥，加强原材料稳定，严格控制砂石料含泥量，选用能与实际配比相匹配的减水剂。

（4）箱梁端头属于养生薄弱部位，要加强对小箱梁端头部位的保湿养生措施和力度，避免干湿交替。

（5）加强存梁（预制梁）的规范管理，在上下分层摆放的过程中，下部摆放的枕木位置应准确且长度超过腹板宽度，避免下层梁受力集中产生裂缝。

6 结语

综上所述，本文结合工程实例，分析了预应力混凝土箱梁腹板裂缝分析及控制措施，分析结果表明，在预应力

（下转第103页）

95交通世界TRANSPOWORLD为混凝土材料的供应商。与此同时，要对混凝土材料进行严格把关，杜绝不合格的材料混入施工现场。值得注意的是，桥梁混凝土材料配合比要按照桥梁的实际需求进行，经过多次试验之后再投入施工，确保桥梁建设的质量。2.3 合理控制温度，杜绝桥梁裂缝隐患

温差过大会导致混凝土出现裂缝，所以施工人员在桥梁建设过程中要根据具体情况选择恰当的方法控制温度。例如，可以选用发热量比较少的混凝土材料，减小混凝土因为水化热出现的内外温度差，将混凝土裂缝问题减到最低。在夏季进行桥梁施工时，要采取有效的降温方法，合理对混凝土材料进行降温处理，减少混凝土材料水分的蒸发，防止混凝土出现干缩裂缝等问题[6]。2.4 规范混凝土施工流程，保证混凝土施工质量

为提升混凝土的施工质量，减少混凝土裂缝问题出现的几率，桥梁建设人员要根据桥梁建设的实际情况，综合考虑外界因素的影响，制定科学合理的方案，明确施工过程中的各个环节，选择恰当的施工技术和施工设备，满足桥梁建设的具体需求。除此之外，桥梁建设人员要根据施工环境的变化及时调整施工方案，减少生成混凝土裂缝的各种影响因素。在混凝土施工过程中，要科学操作施工设备，减少操作失误，及时解决施工过程中出现的问题。在施工过程中，要严格进行质量检查，最大程度降低桥梁施工中的安全隐患[7]。

2.5 对地基加固处理，强化后期桥梁养护工作

混凝土刚性对其质量具有直接影响，所以，施工人员在施工过程中要按照混凝土材料的刚性特征，缩小钢筋之间的间距。通过对混凝土进行加固处理以提升混凝土材料的稳定性。除此之外，施工人员要对地基进行加固处理，确保模板的强度和刚度，使模板具有充分的支撑力。

施工人员要重视后期的桥梁养护工作，在桥梁投入使用一段时间后会因为各种因素的影响出现桥梁裂缝等问题。所以，桥梁施工人员要对桥梁进行养护工作，特别是

要加强对温度、湿度的控制。

3 结语

综上所述，随着桥梁施工项目数量的不断增多，对混凝土材料的要求越来越高，混凝土的施工质量对桥梁施工的质量具有重要影响。所以在桥梁施工过程中，要严格把握施工工序，减少混凝土出现的裂缝问题。根据桥梁裂缝的类型，选取恰当的防治措施，合理控制混凝土的温度，避免因为温差过大引发的桥梁裂缝问题。除此之外，桥梁建设人员要根据施工环境的变化，及时调整施工方案，减少因为各种影响因素产生的混凝土裂缝等。在混凝土施工过程中，要科学操作施工设备，减少操作失误，同时严格进行质量检查，最大限度降低桥梁过程中出现的安全隐患。桥梁施工人员要对桥梁进行养护工作，特别是要加强对温度、湿度的控制，减少桥梁裂缝问题的出现。

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（编辑：蔡海霄）

（上接第95页）

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[4] 曹洁，罗小勇，梁岩，万翱宙. 某预应力混凝土箱梁腹

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（编辑：赵艳）

混凝土箱梁腹板施工中，裂缝是很常见的质量通病，引发腹板裂缝的因素有很多，既包括内部因素，也包括外部因素，为降低裂缝对施工质量的影响，可从设计和施工两个方面入手。

参考文献：

[1] 施博. 谈预应力混凝土箱梁腹板裂缝成因机理[J]. 工程建

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