宽幅空心板梁底纵向裂缝成因分析及处治方法
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空心板梁桥裂缝扩展现象病害及维修加固方法空心板梁桥是一种常见的桥梁结构,其采用空心钢箱梁作为主要承重构件,具有结构轻巧、耐久性强等特点。
然而,在实际使用中,由于多种因素的综合作用,空心板梁桥常常会出现裂缝扩展现象,导致严重的病害问题。
本文将对空心板梁桥裂缝扩展现象的病害原因进行分析,并探讨维修加固方法,旨在提供有效解决方案。
一、裂缝扩展现象的成因1. 原材料质量不佳:空心板梁桥的承重构件主要由钢材制成,如果原材料的质量不佳,含有过多的杂质和夹杂物,容易引起裂缝扩展现象。
2. 设计缺陷:在空心板梁桥的设计中,如果没有合理考虑到桥梁在使用过程中承受的荷载和应力,可能导致结构的不牢固,从而引发裂缝扩展。
3. 施工不当:施工中如果操作不规范,包括焊接工艺不符合要求、钢板连接不牢固等问题,都会导致空心板梁桥产生裂缝,并且使其扩展。
二、裂缝扩展病害分析1. 结构强度下降:裂缝的扩展会导致空心板梁桥结构强度下降,丧失正常承重能力,给桥梁的使用带来潜在安全隐患。
2. 导致进一步损坏:如果裂缝扩展得不到及时修复,可能会导致桥梁的进一步损坏,形成更大的病害。
3. 影响使用寿命:裂缝扩展会加速空心板梁桥的老化进程,缩短其使用寿命。
三、维修加固方法1. 裂缝填充:对于已经出现裂缝的空心板梁桥,可以采用填充材料进行修复。
填充材料的选择应根据桥梁的具体情况和裂缝的宽度来确定,常用的填充材料有环氧树脂和聚氨酯。
2. 加固片增加强度:在空心板梁桥的裂缝位置加固增强,可以通过增加加固板或加固片的方式来提高结构的强度和稳定性。
加固片可以采用碳纤维布或玻璃钢布等材料制作。
3. 避免超荷载运行:为了减少空心板梁桥的裂缝扩展现象,避免超荷载的运行是很关键的。
合理设置限载标志、限高标志等,在使用过程中严格执行。
4. 定期检测维护:定期对空心板梁桥进行检测和维护是预防裂缝扩展的重要手段。
利用无损检测技术可以及时发现隐蔽缺陷,采取相应的维修措施。
桥梁空心板梁底开裂成因及其处理防范措施摘要:针对某空心板桥梁在施工中出现锚端裂缝的问题,结合施工经验,分析裂缝产生原因,有内应力、普通钢筋用量不当、薄厚构件的连接、水泥的水化热作用、矿物成分与水起水化反应、碱骨料反应、混凝土的干缩作用。
指出裂缝对梁承载力和正常使用的影响,提出了具有针对性的处理防范措施.关键词:桥梁工程、预应力混泥土、板梁裂缝、防范措施1 概述近年来,在高等级公路建设中较多采用先张预应力空心板和预应力混凝土梁,特别是简支梁先张预应力空心板的跨径在10m~20m以内和预应力混凝土梁的跨径在20m~40m以内的两种结构与其他形式的结构相比,具有变形小、使用年限长、造价低、施工方便等优点,因此以上两种结构有着极强的竞争力,采用也相当普遍.在施工中,有些板梁存在不同程度的开裂,甚至增加许多养护、维修费用,缩短桥梁使用寿命。
产生裂缝的主要有混凝土、钢筋存在质量缺陷;板梁设计环节、施工质量、气候环境等因素有关。
本文通过结合近年的工作实践,对其裂缝成因及其处理防范措施,与同行们共同探讨。
2 预应力混凝土板梁裂缝内部成因分析2.1 内应力在混凝土构件中内应力因温度、收缩与徐变而产生,此为不同纤维中的约束应变所致,任何这种差别在超静定结构中将引起外约束力,由于这些约束力引起的应力超过了混凝土的抗拉强度从而导致裂缝产生,桥梁上许多裂缝都是受此影响产生。
2.2 普通钢筋用量不当设计时由于普通钢筋用量过少或间距不足,致使裂缝宽度没有保持在允许范围之内,但也可能是普通钢筋在混凝土局部用量过大或间距过密从而阻止混凝土正常凝固收缩而导致裂缝产生,这两种情况主要发生在早期开裂。
2。
3 薄厚构件的连接将一薄一厚的混凝土部件相连接是危险的,与厚部件相比薄部件更易受到温度、收缩和徐变等的因素影响而使薄部件更易开裂。
2.4 水泥的水化热作用混凝土在拌和、振捣、运输、凝结、硬化的过程中,水泥和水发生水化反应。
水化反应过程中释放出大量的热能,在水化反应时有两次升温和两次降温过程,内部温度升高,板面温度却因外界气温有所降低。
浅谈空心板裂缝的成因和修补方法摘要:由于空心板桥的预制、安装技术简单,便于施工等特点,目前应用较广,但易产生裂缝、出现漏水、钢筋锈蚀等现象,导致桥面铺装损坏、单梁受力等病害,本文结合京台高速公路桥梁的维修经验,分析空心板桥裂缝的成因和维修方案。
关键词:空心板桥裂缝原因修补一、概述京台高速公路德州段,于1997年建成通车,交通量大,重车多,特别是近年国民经济的高速发展,车流量增加很快。
严重超载车辆的总重、轴重大于设计规范规定的相应值,在桥梁、路面结构中产生的内力(应力)达到或超过其疲劳承载力,使桥梁、路面过早出现损坏。
德州段共有空心板桥119座,跨径主要为10米、13米和16米,主要病害是空心板裂缝、渗水、桥面铺装损坏,个别桥梁出现了单板受力,经过近几年的维修,裂缝得到了有效控制。
二、空心板裂缝的原因分析自上世纪九十年代以来,空心板桥梁的数量和规格迅猛扩大,几乎占我国现有桥梁的70%以上,这些桥梁建成以后,随着使用时间的延长,板底裂缝、渗水已是常见和普通的病害。
裂缝产生原因有许多方面,其中主要的有以下几种:1、荷载引起的裂缝钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称荷载裂缝。
2、温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化时,混凝土将发生变形,若变形遇到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时,即产生温度裂缝。
3、收缩引起的裂缝混凝土是由汽、液、固三相组成的假固体(指浇注过程到保养),其中尚有未水化的水颗粒,还需吸收周围水分。
液、固相间的胶凝体,因水分散失,体积会缩小,引起收缩裂缝。
混凝土收缩主要有塑性收缩、缩水收缩(干缩)和自身收缩及碳化收缩4种。
4、基础变形引起的裂缝由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构物中产生附加应力,超过钢筋混凝土结构物的抗拉能力,导致结构开裂。
5、钢筋锈蚀引起的裂缝由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低。
空心板梁桥裂缝扩展病害及维修加固方法空心板梁桥是一种常见的桥梁结构,具有结构简单、施工便捷、材料经济等特点,被广泛应用于公路、铁路等交通工程中。
然而,由于长期使用和外界环境的影响,空心板梁桥往往会出现裂缝扩展病害,给桥梁的使用安全带来潜在威胁。
本文将从裂缝扩展原因和维修加固方法两方面进行讨论,以帮助大家更好地了解和处理空心板梁桥裂缝问题。
一、裂缝扩展原因1. 荷载作用:梁桥在使用过程中承受了来自车辆、行人等的荷载,长期以往会导致局部结构的疲劳破坏,从而引发裂缝扩展。
2. 温度变化:梁桥受到温度变化的影响较大,由于温度的膨胀和收缩作用,梁桥构件之间的间隙会发生变化,造成裂缝出现和扩展。
3. 频繁震动:梁桥所处的交通工程环境中,车辆经过会产生震动,频繁的震动作用下,梁桥构件容易出现疲劳损伤,而进一步导致裂缝扩展。
二、维修加固方法1. 预防措施:为了防止空心板梁桥裂缝扩展的发生,可以采取以下预防措施:- 加强桥梁的荷载设计,确保桥梁能够承担更大的荷载,降低荷载对桥梁结构的影响。
- 选择合适的施工材料,如高强度混凝土、抗温变材料等,提高桥梁的抗变形性能。
- 加强对桥梁温度变化的监测和控制,可采用温度传感器等设备进行实时监测,及时采取措施减少温度变化对桥梁的影响。
- 定期进行桥梁检测和维护,发现问题及时修复,预防裂缝扩展。
2. 裂缝维修方法:当空心板梁桥出现裂缝扩展时,需要采取相应的维修方法。
常用的维修方法包括:- 补充腻子材料:对细小的裂缝,可以使用腻子材料进行填充和修复。
这种方法适用于裂缝较浅、不太严重的情况,能有效地防止裂缝继续扩展。
- 粘贴增强材料:对于较大的裂缝,可以采用粘贴增强材料的方法进行维修加固。
常用的增强材料有玻纤布、碳纤维网等,能够提高桥梁的抗拉强度和抗裂性能,防止裂缝扩展。
- 注浆加固:注浆是一种常见的桥梁维修方法,通过注入特定材料填充裂缝,增强梁桥结构的稳定性。
注浆材料可以选择聚氨酯树脂、环氧树脂等,能够有效地修复和加固裂缝。
空心板梁桥常见病害及维修加固方法简介空心板梁桥是一种常见的桥梁结构,具有轻质、高强度的特点。
然而,长时间的使用和自然环境的侵蚀会导致空心板梁桥出现一些病害问题,如裂缝、变形、锈蚀等。
为了确保桥梁结构的安全可靠,及时的维修和加固显得尤为重要。
本文将对空心板梁桥的常见病害进行简介,并介绍一些常用的维修加固方法。
一、裂缝病害空心板梁桥常见的病害之一是裂缝。
这些裂缝可能是因为桥梁荷载超荷或地基下沉引起的。
一旦出现裂缝,若不及时修复,可能会导致桥梁结构的进一步损坏。
维修加固方法:1. 裂缝的宽度在1mm以下,可使用聚合物树脂修复剂进行填充,填充完毕后进行抹平处理。
2. 裂缝的宽度在1-5mm之间,可采用胶粘剂和纤维增强材料进行修复,添加纤维可提高修补层的韧性。
3. 裂缝的宽度在5mm以上,应采用混凝土灌浆修复或局部拆除结构进行重新浇筑。
二、变形病害由于长时间承受荷载和温度变化,空心板梁桥有可能出现变形病害,如挠度过大、水平位移等。
这些变形问题可能会影响桥梁的正常使用和结构的安全。
维修加固方法:1. 对于挠度过大的问题,可以通过增加梁下支撑来提高承载能力,或者采用桥面铺装中设置过渡段的方法。
2. 对于水平位移问题,可采用增加固定锚杆等方法来加固。
三、锈蚀病害空心板梁桥常见的另一个病害是锈蚀。
在潮湿的环境中,钢筋可能会受到氧化反应的影响而产生锈蚀,进而导致钢筋的断裂和混凝土的脱落。
维修加固方法:1. 首先,需要对锈蚀的钢筋进行清理,可以采用钢丝刷或高压水枪等方法清除表面锈垢。
2. 接下来,可使用防锈涂料对钢筋进行涂覆保护,以延缓钢筋的腐蚀速度。
3. 对于锈蚀严重的梁底部或支座处,可以采用外加钢板加固的方法。
综上所述,空心板梁桥的常见病害包括裂缝、变形和锈蚀等问题。
及时的维修加固对于确保桥梁结构的安全和可靠具有重要意义。
在选择维修方法时,需要根据具体病害情况和结构特点综合考虑。
同时,定期检查和维护也是预防病害产生的有效手段,能够延长桥梁的使用寿命,确保行车和人员的安全。
空心板梁桥裂缝宽度现象病害及维修加固方法空心板梁桥是一种常见的桥梁结构形式,其具有自身的特殊性和优势。
然而,由于各种因素的综合作用,空心板梁桥裂缝宽度现象逐渐显露出来,严重影响着桥梁的使用效能和结构安全。
本文将对空心板梁桥裂缝宽度现象的病害原因进行总结,并介绍几种常用的维修加固方法。
一、病害原因分析1. 材料因素空心板梁桥裂缝的宽度增大与材料的性质密切相关。
当材料的抗张强度不足,桥梁在受力时易发生拉伸破坏,导致裂缝产生和扩展。
此外,材料的粘结性能也会对裂缝宽度产生影响,粘结性能差的材料更容易出现裂缝。
2. 设计因素桥梁设计中的不合理因素是裂缝宽度产生的重要原因之一。
包括梁段长度过长、截面尺寸设置不当、预应力设计不合理等。
这些设计不合理会导致桥梁在使用过程中产生过大的荷载集中作用,加速了裂缝的扩展。
3. 施工因素施工过程中的一些失误也会导致空心板梁桥的裂缝宽度增大。
例如,混凝土浇筑不均匀、养护不到位等。
此外,预应力张拉过程中的操作不当也会导致桥梁的裂缝增加。
二、维修加固方法1. 裂缝填充对于宽度较小且不深的裂缝,可以采用填充的方式进行维修。
首先,将裂缝表面清理干净,清除杂物和尘土。
然后,使用修补材料进行填充,确保填补完全,并采取适当措施保证填充材料与原有结构的粘结性能。
2. 裂缝处理对于宽度较大或较深的裂缝,需要进行专门的裂缝处理。
可以采用裂缝开切和清理的方式,将裂缝开宽,并清理其中的杂物和尘土。
然后,使用填充材料将裂缝填平。
3. 预应力加固如果空心板梁桥的裂缝宽度已经超过了一定的限度,可以考虑进行预应力加固。
预应力加固的目的是通过引入预应力,提高梁体的整体性能,减小裂缝的宽度。
预应力加固需要进行专门的设计和计算,确保施工的可行性和安全性。
4. 钢板加固另一种常用的维修加固方法是采用钢板进行加固。
可以在空心板梁的裂缝处焊接钢板,提高梁体的抗弯强度和承载力。
钢板加固需要选择合适的材料和焊接工艺,确保加固效果和施工质量。
空心板梁桥裂缝宽度病害及维修加固方法空心板梁桥是一种常见的桥梁结构,由于其结构特点和使用环境的不同,可能会出现裂缝宽度病害。
本文将就空心板梁桥裂缝宽度病害的原因、分类以及常见的维修加固方法进行探讨。
一、裂缝宽度病害的原因空心板梁桥的裂缝宽度病害主要有以下几个原因:1. 结构设计问题:在梁桥的设计阶段,如果对梁桥的受力特点和周边环境的影响不充分考虑,可能导致结构的不合理,进而引发裂缝宽度病害。
2. 施工工艺问题:梁桥的施工过程中,如果对材料的选择、浇筑、养护等环节不加注意,会导致材料内部的应力集中,从而导致裂缝宽度病害。
3. 使用环境的影响:梁桥所处的环境也是导致裂缝宽度病害的重要原因之一。
例如,气候变化、地震等自然因素,以及车流、荷载等外部因素都可能对梁桥的结构产生影响,从而引发裂缝宽度病害。
二、裂缝宽度病害的分类根据裂缝的宽度和深度,空心板梁桥的裂缝宽度病害可以分为几个不同的类别:1. 微裂缝:裂缝宽度小于0.1mm,通常不会引起结构的明显变形和损坏,但需密切关注,以免日后发展为更严重的病害。
2. 细裂缝:裂缝宽度在0.1mm至0.2mm之间,可能导致一定的结构变形和损坏,需要进行维修。
3. 中裂缝:裂缝宽度在0.2mm至0.5mm之间,表明结构的承载能力已经降低,必须进行及时的维修处理。
4. 大裂缝:裂缝宽度大于0.5mm,已经对梁桥的结构安全性和使用功能产生了明显的影响,需要进行紧急的维修加固。
三、维修加固方法针对不同级别的裂缝宽度病害,可以采取不同的维修加固方法:1. 微裂缝的维修加固:对于微裂缝,可以采取监测控制的方式进行处理。
利用超声波检测等技术手段,监测裂缝的变化情况,以及结构的变形情况,及时发现问题并采取相应的措施。
2. 细裂缝的维修加固:细裂缝需要进行填缝处理。
首先,要清除裂缝处的杂物,然后采用适当的胶体材料进行填充和粘结。
填充材料应选择与梁桥结构材料相适应的胶体材料,以确保填充效果和结构的协同性。
空心板梁桥裂缝病害的识别与处理概述:空心板梁桥是一种常见的桥梁结构,其采用空心结构设计,在大跨度的桥梁中起到了重要的作用。
然而,由于多年的使用和外界环境因素的影响,空心板梁桥也会出现一些裂缝病害问题。
本文将探讨空心板梁桥裂缝病害的识别与处理方法,以帮助工程师和相关人员及时解决这一问题。
一、空心板梁桥裂缝病害的识别1. 监测系统:为了及时发现和识别空心板梁桥的裂缝病害,建议在桥梁结构中设置监测系统。
该监测系统应包括应变传感器、加速度传感器等设备,以实时监测梁板的应力和变形情况。
监测系统将通过传感器采集的数据进行分析和判断,以确定是否存在裂缝病害。
2. 目视检查:除了监测系统外,定期的目视检查也是非常重要的。
工作人员应该仔细观察梁板表面,寻找任何可能的裂缝迹象。
这些裂缝可能是细小的、线形的,或者是更为明显的、宽度变化较大的裂缝。
目视检查应该包括整个桥梁结构,特别是容易受到压力、震动和风力影响的部位。
3. 声波检测:声波检测是一种非常有效的方法,用于识别空心板梁桥中可能存在的裂缝。
通过将声波传感器放置在梁板上,并进行声波信号的发送和接收,可以判断梁板内部是否存在裂缝。
裂缝产生的声波传播方式与无裂缝部位有所不同,这可以帮助工程师准确判断梁板是否存在裂缝病害。
二、空心板梁桥裂缝病害的处理1. 修补方法:对于发现的裂缝病害,及时采取修补措施至关重要,以避免其进一步扩大和影响桥梁结构的强度和稳定性。
修补方法可以包括注浆、密封、填缝等。
具体修补方法的选择应根据裂缝的类型、尺寸和位置而定。
2. 增强措施:为了加固空心板梁桥的结构和预防裂缝病害的再次出现,可以采取增强措施。
其中,常见的增强方式包括加固预应力、增加横向钢筋、固定碳纤维条等。
这些措施将提升桥梁结构的整体强度和抗裂性能,延长其使用寿命。
3. 定期维护:空心板梁桥的定期维护对于延长其使用寿命和保持结构稳定起着至关重要的作用。
维护工作包括清理梁板表面的杂物、定期涂刷防腐涂层、检查和更换损坏的防水层等。
宽幅空心板梁底纵向裂缝成因分析及处治方法
摘要:结合呼和浩特市南二环延伸段土默特大桥梁底出现纵向裂缝的病害,对宽幅空心板梁桥梁底纵缝的危害进行分析,结合空间通用有限元软件ANSYS 对纵向裂缝产生的原因进行总结,根据现场病害的情况提出三种有效的对已建桥梁梁底裂缝的处理方法,为运营已久的空心板梁梁底病害养护维修提供有意义的参考和建议。
关键词:纵向裂缝;宽幅空心板;ANSYS分析;碳纤维加固;
在公路和城市中小跨桥梁中,预应力混凝土空心板梁是被广泛应用的一种结构形式。
宽幅空心板梁相比普通的空心板梁桥更具有一定的优势:梁高相对较低、抗扭刚度大、结构的挖空率大、在施工和使用过程中稳定性好、自重轻、经济等优点。
基于以上优势,宽幅空心板梁得到广泛的应用,由于设计、施工等不合理因素,导致该类结构的裂缝频频出现并且形式多样。
本次现场对呼和浩特市南二环延伸段部分预应力宽幅空心板梁进行病害检测时,发现多座桥梁底存在较严重的纵向裂缝。
考虑到梁端预应力锚固段局部应力集中,板梁横向效应较复杂,梁端纵向裂缝产生的主要原因是预应力的泊松效应,对此本文不做重点研究。
本文重点分析近跨中段的纵向裂缝成因及防治方法。
本文针对南二环延伸段土默特大桥北幅桥20m跨宽幅预应力空心板梁为例,采用通用有限元软件ANSYS建立三维空间实体模型,模拟预应力钢束与混凝土间的相互作用,对梁底跨中纵向裂缝成因进行定性定量分析,并且给出两种加固方案,为类似工程的维修整治提供参考建议。
1、工程概况
土默特大桥南桥为一座偏东西走向的十二跨预应力空心板梁桥,上部结构共分3联,各联均为四跨先简支后连续预应力空心板梁,桥梁全长240.6m,跨径组合为12×20.0m。
该桥上部结构每跨均由9片预应力空心板梁组成,梁高均为1.0m,中梁底宽为1.49m,边梁底宽为1.495m。
空心板梁下设板式橡胶支座。
空心板梁各跨中梁跨中截面底部布置有16根Ф15.2的预应力钢绞线,墩顶负弯矩区域布置有2束5Ф15.2的预应力钢绞线,梁端布置箍筋为4肢Ф10@75mm,各跨边梁跨中截面底部布置有18根Ф15.2的预应力钢绞线,墩顶负弯矩区域布置有2束5Aj15.2的预应力钢绞线,梁端布置箍筋为4肢Ф10@75mm。
空心板梁和铰缝采用的C50混凝土。
桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级。
中梁跨中截面示意图
边梁跨中截面示意图
图1桥梁横断面构造图单位:mm
2、空间模型
根据此次检查结果来看,该桥开裂最严重的是北幅桥8-9-9#空心板,裂缝基本位于空心板梁空腔处,最大宽度为0.30mm,已超过《城市桥梁养护技术规范》(CJJ 99-2003)规定的采用钢丝和钢绞线的预应力混凝土梁裂缝宽度限值0.10mm。
梁底裂缝病害示意如图2所示。
图2空心板中梁梁底纵向裂缝示意图
采用有限元软件ANSYS进行建模计算,建模尺寸按实际1:1比例尺建立,选用整体式模型模拟钢筋混凝土,采用可以模拟开裂的solid65实体单元模拟C50钢筋混凝土,采用link8杆单元模拟预应力钢绞线。
(1)空心板模型横截面图
(2)空心板梁三维模型图
(3)三维模型边界条件示意图
图3空心板中梁模型示意图
根据相关文献,各跨空心板梁梁端底面纵向裂缝与混凝土收缩和温变荷载有关,所以本次模拟分析荷载工况主要分析恒载、活载、混凝土收缩、日照温差等
工况组合。
3、计算分析及结果
注:本节应力图中单位为Pa;所提供的应力云图均为截面的横向应力,负号为压应力,正号为拉应力。
3.1工况1:恒载+预应力+活载
如图4所示,在基本组合作用下拉应力最大值(1.58Mpa)发生在内孔上缘,这是因为工况1下活载对顶板下缘的横向拉应力影响较显著。
从底板横向应力来看,在纵向预应力作用下板底产生横向拉力且跨中处拉应力最小,越往外缘拉应力越大,到底板边缘处达到最大值(1.12Mpa),这是由于模型中梁体两端约束所致。
图4工况1板梁横向应力云图
3.2工况2:恒载+预应力+活载+收缩
如图5所示,中梁上下缘拉应力较工况1显著增大,内孔边缘拉应力减小。
板梁底中线附近拉应力达到最大值(2.01Mpa),接近C50混凝土容许拉应力值。
与图4相比,收缩作用引起的板底拉应力增幅不及预应力作用但比活载作用显著,说明预应力影响下的泊松效应只是产生这类裂缝的次要因素,主要因素是收缩作用。
图5工况2板梁横向应力云图
3.3工况3:恒载+预应力+活载+收缩+降温
如图6所示,此工况与实际情况最为接近,根据我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中规定的温差分布和有关文献要求,并结合此结构所处的地理位置和气候条件来确定降温所形成的温度场。
因温差是相对值,仅需确定各个构件表面的温度即可确定温度场:顶板外表面受白天升温影响,降温较小取-5℃;腹板外侧受降温影响较大取-10℃底板取-8℃;板梁内孔表面取0℃。
从图6应力云图可以看出,在降温温变和收缩作用共同影响,板梁底板中线附近出现了近2.7Mpa的拉应力(C50混凝土容许拉应力值为2.79Mpa),这也就能较好的解释底板出现纵向裂缝的原因了。
同样,在内孔上缘也出现了部分较大拉应力,也可能出现纵向裂缝,故对于内孔上缘也是检测中需要关注的部位。
图6工况3板梁横向应力云图
4、纵向裂缝成因分析
综合上述计算分析和类似桥梁的检测情况,并查阅相关文献资料,分析有以下几个方面因素导致这类宽幅空心板梁纵向开裂情况:
4.1 设计原因
该类桥设计由于经济因素制约,其底部板厚度较薄,薄壁构件在纵向预应力作用下其截面会发生畸变效应,同时在底板的上下缘产生畸变弯曲,当畸变弯曲应力超过混凝土的抗拉极限强度,就会导致混凝土的纵向裂缝。
另外如果板梁底的横向构造钢筋设置较少,钢筋则无法阻止纵向裂缝的开展。
通过计算分析得知,由于该类空心板梁底板较宽,两侧腹板距离底板中心较远,对底板的抗畸变应力作用很小。
如果预应力放张过快,底板内部应变无法很快达到自平衡,发生应变滞后,就导致局部裂缝产生释放能量。
4.2 施工原因
施工中,预应力钢绞线放张时混凝土强度未达到规定的要求,预应力对混凝土材料产生泊松效应,即在轴向压力下产生横向拉应力,此应力与空心板截面的畸变应力组合后大于混凝土材料的极限抗拉强度,这是纵向裂缝产生的主要原因。
张拉时的预应力管道固定不牢固,钢束在混凝土浇筑后呈现高低起伏,则张拉预应力束后在混凝土表面产生局部开裂。
另外,空心板梁底板混凝土中钢筋较密,粗骨料不易进入空腔最低处导致细骨料较多,此处也不易振捣,使空腔最低处混凝土横向收缩应力较其它处大,从而导致预应力空心板梁空腔最低处易产生纵向裂缝。
4.3 材料原因
混凝土材料在搅拌、运输、凝结、硬化过程中会释放出大量的热能,板梁混凝土内部体积因升温而膨胀,表面因暴露大气中温度低而体积收缩,当混凝土内部膨胀所产生的压应力和混凝土表面收缩产生的拉应力超过材料抗压和抗拉强
度时,板梁表面就发生开裂现象。
混凝土在凝结过程中,少部分水分由于水化反应逐步挥发,使得混凝土体积发生干缩(水泥的极限干缩接近3000微应变),这种干缩作用在混凝土内产生一定拉应力,一旦这种拉应力超出极限抗拉强度也会产生开裂。
另外,该类型的桥梁所用混凝土设计标号较高,在混凝土配比设计时通常施工人员偏于保守,水泥用量往往超出规范值,由于水泥的用量增加,使得混凝土收缩量大,同样也造成表面容易产生裂缝。
4.4 管养原因
通过日常的病害检查发现,普通空心板梁采用的四个板式橡胶支座极易出现脱空甚至缺失。
如果宽幅空心板梁出现支座脱空,梁体的整体受力将受到影响,板梁自身的抗扭力增大且在约束扭转的作用下截面产生畸变弯曲应力,这也会引起板梁底的纵向裂缝开展。
5、病害处治方法
通过上述分析,宽幅空心板梁底纵向裂缝主要是由混凝土的温变应力和收缩变形荷载引起的。
经过对此前对同类桥梁荷载试验检测证实,梁底纵向裂缝对桥梁结构整体的极限承载能力影响不显著,但对结构耐久性不利,应及时对裂缝予以封闭。
按照《公路桥涵养护规范》(JTGH12—2004)的要求,当裂缝宽度在限值范围内时(裂缝宽度限值一般可取0.15mm),一般涂刷渗透结晶型浆料封闭裂缝;当裂缝宽度大于限值规定时,采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶或其它灌缝材料。
6、结语
结合呼和浩特市南二环延伸段土默特大桥梁底出现纵向裂缝的病害,利用有限元ANSYS模型对宽幅空心板梁桥梁底纵缝的成因进行分析,并根据桥梁管养的特征,提出了三种经济有效的处治梁底纵缝的方法。
通过本文研究提出以下结论和建议:
(1)对运营中的高等级公路桥梁出现梁体裂缝,应及时处治,提高梁体的耐久性和使用性能,增加社会经济效益。
(2)宽幅空心板梁底纵向裂缝主要是由混凝土的温变应力和收缩作用荷载引起的。
梁底纵向裂缝对桥梁结构整体的极限承载能力影响不显著。
但较严重的裂缝对结构的耐久性产生影响:裂缝的存在使得内部钢筋暴露在空气中,增加受力钢筋锈蚀的几率,也会降低构件的使用寿命。
(3)空心板梁梁底纵向裂缝根据裂缝宽度不同,可采取涂刷渗透结晶型浆料或采用压力灌胶对裂缝进行封闭,以提高结构的耐久性。
参考文献:
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[2]郭科. 预应力空心板桥底板纵向裂缝分析与加固对策[J]. 北方交通,2010.
[3]项海帆. 高等桥梁结构理论[M]. 人民交通出版社, 2001.
[4]混凝土空心板桥的分析研究[J].太原理工大学学报,2008,(1)
作者简介:张灵通(1965-)汉族,内蒙古呼和浩特人,工程师。