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夷陵大桥斜拉桥主塔下塔柱裂缝分析与处理
甘应朋
【期刊名称】《交通科技》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】宜昌夷陵长江大桥斜拉桥在主塔施工过程中,当上塔柱即将封顶时,下塔柱陆续出现了裂缝.从施工结构受力状况、裂缝空间分布特征、几何形状以及贯通情况等方面,分析施工中塔柱结构出现裂缝的原因,提出相应的处理方案,并提出设计及施工的改进措施.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】甘应朋
【作者单位】铁道第四勘察设计院桥梁处,武汉,430063
【正文语种】中文
【中图分类】U44
【相关文献】
1.鄂东长江大桥主塔下塔柱连接段温控分析 [J], 施志勇;李欣然;陈德伟
2.斜拉桥宝石形主塔下塔柱预应力布置方式研究 [J], 陈张伟
3.桃花峪黄河大桥主塔下横梁与塔柱异步施工技术 [J], 刘校峰
4.某斜拉桥主塔下部墩柱裂缝分析及处治建议 [J], 焦恒见;罗文林;糜怀谷
5.湛江海湾大桥48#主塔下塔柱施工 [J], 廖维;汪溯
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斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析摘要：我国的斜拉桥起步较晚，1975年建成的跨径76m的四川云阳桥是国内第一座斜拉桥，80年代中后期是我国斜拉桥发展的鼎盛时期，至今为止建成或正在施工的斜拉桥共有100余座，其中跨径大于200m的有52座。
跨度超过400m的斜拉桥已达20座，居世界首位。
由于斜拉桥的成桥使用条件比较复杂且防护技术也不完善，因此，在斜拉桥运营若干年之后，桥体不可避免地会出现许多病害。
拉索是斜拉桥的主要受力构件，对斜拉结构桥梁的结构安全和实用寿命具有直接的重要影响。
然而，斜拉索从出现时起，就不可避免地受到腐蚀退化、振动疲劳衰减等各种不利因素的作用。
关键词：斜拉索；防护系统；主要病害；成因分析中图分类号： U448 文献标识码： A1.拉索病害及成因分析在斜拉桥设计、施工和使用过程中，尽管对斜拉索采取了各种防腐、减隔振措施，但由于方法、工艺、材料等不合理，使得斜拉索病害已成为制约斜拉桥使用寿命的关键性因素。
因此，分析斜拉索病害原因，在设计、施工和使用斜拉桥时给予足够的重视，并采取各种有效措施延长拉索的使用寿命。
1.1拉索腐蚀腐蚀是物质与介质作用而引起的变质或破坏。
由于腐蚀过程是自发的，所以在斜拉桥整个寿命期内，拉索的腐蚀破坏将会始终存在。
①拉索腐蚀部位拉索钢丝腐蚀程度基本上取决于橡胶护套的破损程度，因为这是雨水或露水顺钢索流入或渗入护套内产生的结果，所以钢丝腐蚀有两个明显特点：腐蚀程度大体遵循“上轻下重”规律，即处于较高位置的钢丝腐蚀较轻，处于较低位置的钢丝腐蚀较重；腐蚀较严重的部位，往往是靠近护套破损的部位以及破损处以下的一段部位。
②拉索腐蚀成因拉索遭受腐蚀的原因，主要是因为防护系统老化而出现大量的微孔、裂纹或裂缝，从而不能有效地隔绝空气、水汽、水和腐蚀介质。
这些物质进入护套后，容易在钢丝表面形成水膜，使钢丝发生电化学腐蚀，水膜中溶解的腐蚀介质，如S02和橡胶挥发物，对锌层腐蚀还有明显加速作用。
SH I YANYU J I ANCE７３０㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第５期收稿日期:２０１９Ｇ０６Ｇ１９;修改日期:２０１９Ｇ０９Ｇ２５作者简介:殷㊀涛(１９８８－),男,河南固始人,硕士,工程师．斜拉桥桥塔开裂计算与分析殷㊀涛,㊀方㊀圆(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥㊀２３００８８)摘㊀要:不等跨独塔斜拉桥的桥塔空间受力复杂,在其工程应用中出现了各种工程问题.本文结合了工程实例,采用空间有限元结构分析程序,建立了独塔斜拉桥桥塔的三维空间有限元模型,对其在不同工况下空间有限元分析.结果表明:对于采用空心桥塔侧壁锚固方式的斜拉桥,随着塔身内预应力的损失的不断增加,桥塔开裂区域从塔顶至塔根方向不断延伸扩大,桥塔裂缝不可避免,在设计与施工过程中应充分认识到预应力损失的重要性.关键词:独塔斜拉桥;受力分析;裂缝;预应力损失中图分类号:U ４４３．３８㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０５Ｇ０７３０Ｇ０２０㊀引㊀㊀言目前斜拉桥[１,２]的混凝土塔常用的索塔锚固构造的布置形式主要有侧壁锚固㊁交叉锚固㊁钢横梁锚固和钢锚箱锚固[３].对于空心混凝土塔柱上选用侧壁锚固形式,规范要求壁板内应配置预应力钢筋[３],以克服塔壁内产生的拉应力．但是本文结合某独塔斜拉桥,运用有限元软件对索塔锚固区进行建模分析,计算研究和分析了桥塔锚固区的应力㊁裂缝分布与预应力的损失的关系.１㊀工程概况该桥主桥为独塔双索面不等跨预应力混凝土斜拉桥,塔梁墩固结结构体系,主桥桥跨布置为８５m＋１２０m ,主桥的总体布置图如图１所示.桥梁上部结构主跨采用π形等高双主梁,边跨为有设计配重的箱梁,主塔采用H 形空心混凝土箱型索塔,塔柱断面顺桥向长６．０m ,横桥向宽３．０m ,顺桥向壁厚１．２５m ,横桥向壁厚０．８m .整体塔高６６m ,拉索穿过预埋钢管在索塔箱室锚固齿块上锚固,在锚固区内配置了井字型Φ３２m m 的高强精轧螺纹钢筋预应力[４－６].图１㊀总体布置该桥在竣工运营７年后,在定检过程中发现两个塔肢四个内壁侧面出现连续的竖向裂缝.裂缝分布从塔顶１＃拉索区域至１５＃拉索之间,缝宽０．２５m m 左右,其中西塔肢东西面裂缝分布如图２所示.图２㊀西塔肢东西面内壁裂缝分布示意图(单位:m )２㊀桥塔空间有限元模型对整个桥塔进行实体空间建模计算,其中拉索按照实际索力方向以均布荷载形式加载,桥塔内部的精轧螺纹钢筋预应力按照图纸以钢筋单元加载布置,钢筋网格划分能与相邻的混凝土实体单元耦合[７].桥塔的空间有限元模型如图３所示.图３㊀部分桥塔及精轧螺纹钢筋实体有限元模型３㊀计算分析在对桥塔竖向裂缝进行分析时,我们考虑到精轧螺纹预应０３７SH I YANYU J I ANCE㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第５期７３１㊀力损失可能会导致了沿着塔身的竖向裂.故在不同预应力损失的工况下对塔身的抗裂性进行了校核,验算标准按照«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范»(J T G D６２－２００４)中６．３条正常使用极限状态A类预应力构件的抗裂验算要求执行.验算部位正应力应满足:σk c＋σp tɤ０．７f t k＝１．８５５M P a;主拉应力应满足:σt pɤ０．５f t k＝１．３２５M P a.故对预应力损失０~９０％逐级递增进行研究,可以得到不同损失工况下的塔身的超限正应力和主拉应力的分布云图,如图４所示.０损失正应力超限区域０损失主拉应力超限区域５０％损失正应力超限区域５０％损失主拉应力超限区域６０％损失正应力超限区域６０％损失主拉应力超限区域７０％损失正应力超限区域７０％损失主拉应力超限区域８０％损失正应力超限区域８０％损失主拉应力超限区域９０％损失正应力超限区域９０％损失主拉应力超限区域图４㊀不同损失工况下塔身的超限正应力和主拉应力的分布为了进一步研究塔身开裂与预应力损失的相关性,采用有限元软件中的非线性全应变裂缝本构模型来模拟塔身开裂情况,其中,受压裂缝模型采用了T h o r e n f e l d t模型,受拉裂缝模型采用了C o n s t a n t模型.最终得到在代表性的８０％和９０％预应力损失工况下,桥塔裂缝超限(＞０．２m m)区域和裂缝宽度分布图,如图５所示.８０％损失裂缝超限区域９０％损失裂缝超限区域图５㊀８０％㊁９０％损失工况下塔身的裂缝超限区域和裂缝宽度分布通过计算可知:(１)随着预应力损失的逐渐增大,桥塔上不满足规范抗裂要求的区域逐渐增大.(２)应力超限区域主要集中于主塔截面内壁处.(３)当主塔的精轧螺纹钢筋预应力损失达到８０％以上时,桥塔内壁上的纵向正应力和主拉应力有大面积超限区域(４＃~１５＃索),基本上与检测报告上的裂缝区域(３＃~１５＃索)相吻合.(４)当主塔的精轧螺纹钢筋预应力损失达到８０％时,主塔的裂缝超限(＞０．２m m)区域明显增大,最大裂缝宽度达到了０．３５m m,基本与上最大检测结果０．４m m吻合.(５)精扎螺纹钢预应力对索塔锚固区应力改善明显,对于采用侧壁锚固的井字形预应力束应靠近塔壁布设,减小塔壁的弯曲应力和剪应力,使塔壁受力均匀[８].(６)在实际工程设计和施工中,应充分认识到短束精轧螺纹钢筋的预应力损失对侧壁锚固形式下塔身开裂的影响[９].４㊀结㊀㊀论本文基于空间有限元分析软件对实际斜拉桥桥塔开裂情况进行了仿真分析,通过对不同预应力损失下桥塔抗裂性能以及裂缝宽度的计算可知,桥塔沿着塔塔身的竖向裂缝的原因是由于实际精轧螺纹钢筋预应力损失较大,与设计值差距大,造成主塔竖向沿塔身截面上抗拉能力不足．故在设计与施工过程中应充分认识到预应力损失的重要性,建议对侧壁锚固的中的短束预应力应提出切实可行的措施来减小损失或采用其他的锚固形式(交叉锚固㊁刚横梁和刚锚箱)避免桥塔开裂.参考文献[１]㊀刘士林,王似舜．斜拉桥设计[M]．北京:人民交通出版社,２００６:３８－４０．[２]㊀项海帆．高等桥梁结构理论[M]．上海:同济大学出版社,２００１:２８２－２８３．[３]㊀中华人民共和国交通运输部．公路斜拉桥设计细则:J T G/T D６５－０１－２００７[S]．北京:人民交通出版社,２００７．[４]㊀邵旭东,增田胜,李立峰,等．斜拉桥预应力索塔优化布束方式研究[J]．中国公路学报,２００１,１４(２):４０－４４．[５㊀余报楚,张哲,张洪金．金马大桥主塔直束预应力筋设计技术与研究分析[J]．公路交通科技,２００５,２２(５):１０４－１０７．[６]㊀韩富庆,杨成斌,娄建,等．安庆长江公路大桥索塔锚固区受力分析[J]．合肥工业大学学报(自然科学版),２００２,２５(６):１１６７－１１７０．[７]㊀丁晓峰,曲汉波．斜拉桥拱形塔空间受力分析[J]．南京工程学院学报(自然科学版),２０１７,１５(３):１８－２３．[８]㊀郝翠,王建国,曹新垒．拱塔斜拉桥索塔锚固区应力分析[J]．合肥工业大学学报(自然科学版),２０１１,３４(５):７３９－７４２,７４７．[９]㊀郝翠,王建国,曹新垒．拱塔斜拉桥预应力索塔锚固区节段应力分析[J]世界桥梁,２０１０(４):４３－４６,６７．１３７。
某矮塔斜拉桥主梁施工期开裂原因及影响参数分析李元兵【摘要】某主跨88 m矮塔斜拉桥,在施工过程中出现了较为典型的主梁边室U形裂缝和顶板底面45°斜裂缝.为研究主梁施工期开裂原因和主要影响参数,采用空间分析方法对其进行了空间有限元施工仿真分析.研究结果表明:梁段结合面施工质量低劣、承载能力不足是造成梁体U形开裂的直接原因,局部应力水平较高是造成结合面处开裂的潜在原因;Z向应力过大是翼缘板底缘开裂的主要原因,翼缘处截面削弱是次要原因;顶板横向预应力过大、是造成顶板底面45°斜裂缝的主要原因;横向预应力对底板Z向正应力和顶板底缘主拉应力影响较大.【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】5页(P151-155)【关键词】桥梁工程;矮塔斜拉桥;箱梁;开裂原因;影响参数;空间分析【作者】李元兵【作者单位】上海同济建设工程质量检测站,上海市200092【正文语种】中文【中图分类】U448.11矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种桥型，于20世纪90年代初在日本兴起，并得到了迅速发展。
此桥型在国内的起步比较晚，2001年10月建成的漳州战备大桥是我国第一座矮塔斜拉桥［1，2］。
矮塔斜拉桥当前的发展趋势是大跨度、宽桥幅。
相对于斜拉桥，矮塔斜拉桥主梁的宽跨比一般较大，平面杆系分析很难反映桥梁实际受力状态，大跨单索面宽幅矮塔斜拉桥的空间效应尤为显著［3，4］，对桥梁空间受力效应的考虑不足往往导致梁体开裂事故的发生［5］。
某主跨88 m的矮塔斜拉桥在施工过程中发生了梁体开裂的破坏事故，为了分析原因总结经验教训，促进这一桥型的健康发展，采用大型通用有限元软件ANSYS建立了精细的实体有限元模型，进行了施工仿真空间应力分析，探讨开裂产生的原因和主要的影响参数。
本文背景工程是一座双塔单索面三跨预应力混凝土矮塔斜拉桥，主桥的桥跨布置为39 m+88 m+ 38.9 m，主桥总长165.9 m，采用塔梁固结、墩顶设支座的结构形式［6］。
【工程分享】浅谈斜拉桥病害成因分析！一、斜拉桥病害与成因概述：斜拉桥按照主要承重构件可分为斜拉系统，索塔，主梁，下面对此逐条阐述。
1、斜拉系统病害斜拉桥主要受力部件之一的斜拉索，需要通过塔和梁的锚固系统的传力才能实现其功能，他们共同工作，任一构件失效，此部分即失效。
在此参照相关文献，把斜拉索和相应塔、梁上的锚固系统统称为斜拉系统。
斜拉索的病害主要表现：a.拉索回缩、拉索钢丝滑丝导致拉索索力退化。
此问题主要原因是锚固系统构造不当，施工误差，温度影响等。
b.拉索腐蚀。
产生原因为防护措施失效。
c.拉索振动。
斜拉索暴露在自然环境中，风、雨等激励下，斜拉索会表现处明显的振动，振动会增加斜拉索的张力、并加剧斜拉索和锚具的疲劳破坏，此外如果斜拉索的振动频率与主桥结构的基频接近，还会引起整体的振动耦合。
此类病害下文还会重点分析。
斜拉桥索梁、索塔锚固区，受力集中，结构复杂，在恒载、活载和其它荷载的作用下，其病害问题应引起高度重视。
锚固系统的病害主要表现：a.锚固装置疲劳。
斜拉索暴露在自然界中，在各种荷载的作用下，斜拉索索力值是一个变化值，由此引起锚固装置的疲劳损伤不可忽视，尤其是当锚固装置本身就有因焊接等原因的缺陷时更需重点注意。
b.锚头锈蚀。
主要表现为下锚头，由于长期处于潮湿环境造成。
2、索塔病害作用于斜拉桥主梁的恒载和活载通过拉索传递给索塔，因此索塔是通过拉索对主梁起弹性支承作用的重要构件。
作用在索塔上的力除索塔自身外，还有拉索索力的垂直分力引起的轴向力、拉索的水平分力引起的弯矩和剪力，此外，温度变化、日照温差、风荷载、地震力、混凝土收缩徐变等都对索塔内力产生影响。
索塔根据材料类型可分为钢筋混凝土和钢索塔。
对于最常见的钢筋混凝土索塔，在各种荷载作用下主要表现为拉索锚固区局部裂缝和塔根处的裂缝，形成原因主要是基本荷载和温度的影响。
在存在下横梁结构的桥塔中，可能还会出现横梁裂缝，这主要是因为桥塔刚度不可忽略。
3、主梁的病害对于常用的混凝土主梁，主要是梁体的裂缝。
某大桥斜拉索病害原因分析及建议王海良;谢佳飞【摘要】结合某桥斜拉索使用状况,分析其斜拉索病害原因,对新建斜拉桥的设计、施工、使用提出了建议.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2005(000)010【总页数】3页(P67-69)【关键词】斜拉桥;冷铸锚;换索;腐蚀;设计与施工【作者】王海良;谢佳飞【作者单位】石家庄铁道学院,石家庄,050043;中铁第十九局集团一公司,辽宁辽阳,111000【正文语种】中文【中图分类】U448.271 概述随着斜拉桥设计理论、计算手段的提高，以及结构风动稳定验证、施工控制等的应用，近年来，斜拉桥这种结构形式在国内外得到迅速发展。
在斜拉桥设计、施工、使用过程中，尽管设计、施工、使用者对斜拉索采取了各种防腐、减隔振措施，但由于方法、工艺、材料等不合理，使得斜拉索腐蚀退化和振动疲劳衰减已经成为制约斜拉桥使用寿命的关键因素。
如，著名的MaraCaibo桥及Kohlbrand Estuary桥，前者在使用16年时换索，耗资5 000万美元，换索工期达2年，后者在运营3年就更换全部拉索，耗资6 000万美元，为原造价的4倍，最近几年，国内由于斜拉索腐蚀等原因进行的斜拉桥换索事例也时有报道。
可见，对斜拉桥斜拉索的设计、施工、使用等环节，还存在着很多问题需要解决。
因此，分析斜拉索更换原因，在设计、施工、使用斜拉桥时给予足够的重视，并采取相应的措施，对延长斜拉桥使用寿命、保证结构使用安全、提高经济效益具有十分重要的现实意义。
本文拟通过某桥斜拉索的更换情况，结合国内外斜拉桥换索工程，对影响斜拉桥斜拉索使用寿命的原因进行分析，并提出斜拉桥设计、施工、使用时应注意的问题，以起到抛砖引玉的目的。
2 工程概况某桥位于昆畹公路大官市至龙山卡段，主桥结构形式为独塔双索面混凝土斜拉桥，主桥跨度为2×145 m，引桥结构形式边为3×30 m简支T梁；另一边为1孔30 m简支T梁，全桥总长416.44 m。
桥梁结构产生裂缝的原因分析及解决措施
引言
桥梁结构是现代基础设施的核心组成部分。
然而，由于各种原因，桥梁结构可能会出现裂缝问题。
本文将对桥梁结构产生裂缝的原因进行分析，并提出相应的解决措施。
原因分析
1. 设计问题：不合理的设计参数、未考虑到工程环境等因素，可能导致桥梁结构的应力分布不均匀，从而引发裂缝问题。
2. 材料问题：桥梁结构所使用的材料质量不符合标准要求，或者材料使用过程中存在损坏、老化等情况，都会增加结构出现裂缝的风险。
3. 施工问题：施工过程中存在的操作失误、不当施工方法、施工质量控制不到位等问题，都可能对桥梁结构的稳定性产生影响，导致裂缝出现。
解决措施
1. 加强设计评审：在桥梁结构设计过程中，严格按照规范要求进行参数设定和应力分析，避免设计问题引发裂缝。
2. 材料选择和质量监控：确保桥梁结构所使用的材料符合标准要求，并进行严格的质量监控，避免材料质量问题导致裂缝产生。
3. 施工过程控制：加强施工过程中的质量控制，确保施工操作规范、施工方法科学，并进行必要的监测和测试，及时发现和解决施工问题。
结论
桥梁结构裂缝问题的发生往往由设计、材料和施工等多个因素共同作用导致。
通过加强设计评审、材料选择和质量监控以及施工过程控制，可以有效减少桥梁结构裂缝问题的发生。
重视预防和解决裂缝问题将有助于提升桥梁结构的安全性和使用寿命。
以上是对桥梁结构裂缝的原因分析及解决措施的简要介绍。
希望能为您提供一些参考和帮助。
参考文献：
- Ref 1
- Ref 2。
桥梁工程施工裂缝成因及对策桥梁工程是一项复杂的工程，施工过程中常常会出现裂缝问题，裂缝的产生对桥梁的安全性和使用寿命都会产生负面影响。
对于桥梁工程施工裂缝的成因及对策的研究十分重要。
一、施工裂缝的成因1. 材料因素在桥梁工程中，使用的材料对裂缝的产生起着重要的作用。
水泥的品质不良、外加剂掺量偏大、砂浆与混凝土不匹配等，都容易引起裂缝的产生。
2. 设计因素桥梁工程设计不合理也是施工裂缝产生的常见原因。
设计中未考虑到材料的收缩和膨胀性质、结构形式的选择不合理、支座设计不当等都会引起桥梁工程裂缝的产生。
3. 施工工艺在桥梁工程中，施工工艺不当也是裂缝产生的重要原因。
混凝土搅拌和浇筑过程中过于迅猛，砼的收缩裂缝就会比较严重；地基施工时，未能及时排水或者地基处理不到位等都会引起地基沉降不均匀而引起的裂缝；施工时未能及时处理结构的温度、荷载等影响因素也会引起裂缝产生。
二、对策措施1. 合理选材在桥梁工程施工中，应合理选择材料，尽可能使用高质量的材料，并严格控制外加剂的掺量。
对于混凝土的配合比和砂浆的配制也要严格把控，选择合适的材料和配比。
4. 质量监控在桥梁工程的施工过程中，应严格控制施工质量，加强工程质量监督，确保施工工艺的合理性和可行性，防止裂缝的产生。
5. 加强维护在桥梁工程建成后，还要加强维护管理，及时发现并处理裂缝，防止裂缝对桥梁结构的破坏。
桥梁工程施工裂缝的产生是受多种因素的影响，要从材料、设计、施工工艺等多个方面进行综合防治。
只有在全面加强质量控制，并对桥梁工程施工裂缝的成因给予充分重视的才能有效地降低裂缝产生的可能性，确保桥梁工程的安全和可靠性。
