预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究.pdf

第 3 卷第 3 期 2 0 0 6年 6月 铁道科学与工程学报 J OURNA L OF R AI l f A Y S CI E NCE AND E NGI NEE RI NG Vo I 3 NO 3 J u n e 2 0 o 6 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究 钟新谷 ( 湖南科技大学 土木工程学院， 湖南 湘潭 4 1 1 2 0 1 ) 摘要 ： 根据预应力混凝土连续箱梁桥的特点， 在分析调查裂缝产生的原 因基础上提 出了该类桥的裂缝可分为 9种类型。 基于连续介质力学的理论 ， 推导了考虑翘曲， 横 向弯曲， 畸变引起的二次应力的预应力变截面混凝土箱梁的空间分析的 u L 列式， 编制了计算程序， 可方便进行混凝土多室箱梁线性与非线性分析； 对具体工程桥梁进行分析， 其计算的拉应力区 域和开裂区域与实际观测结果一致 ； 提出了预应力混凝土连续箱梁桥在今后的研究中应解决的几个基本问题。 关键词： 混凝土箱梁； 裂缝类型； 空间分析； 非线性分析 中图分类号： U 4 4 8 2 1 3 文献标识码： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 O 2 9 ( 2 0 0 6 ) o 3 一O O O 7 0 8 An a l y s i s a n d p r e v e n t i o n o f t h e c roc k s i n c o n t i n u o u s p r e s t r e s s e d co n c r e t e b o x g i r d e r b r i d g e s Z HONG Xi n - g u ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，H u n a n U n iv e r s i t y o f Sci c e a n d T e c h n o l o g y ， X i a n g t a n 4 1 1 2 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r b a s e d o n the c h a r a c t e r s o f c o n t i n u o u s p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o xg i r d e r b r i d g e s a n d the r e a - 8 o n $o f c r a c k i n g ，c r a c k s i n the m a r e c l a s s i fi ed i n t o 9 t y p e s T h e n a U L f o r mu l a o f s p a c e a n a l y s i s f o r v a r i a b l e c r o s s s e c t i o n b e a ms i s d e ri v ed ，b a s e d o n the the o r y o f c o n t i n u o u s medi u m，w h i c h c a n g e n e r a l l y c o n s i d e r the s e c o n d a r y s t r e s s c a u s e d b y d i s t o r t i o n，l a t e r a l l o a d d i s t r i b u t i o n and wa r p i n g A p rog r a m i s a l s o edi t ed t o d o the l i n e r and n o n l i n e a r ana l - y s i s f o r c o n c r e t e m u l t i c e l l b o x b e a m s c o n v e n i e n t l y ， the t e n s i o n and th e c r a c k i n g r e gio n s d edu c ed b y w h i c h i s c o n s i s - t e n t w i th tha t o f s u r v e y o n H u a n g p e n x i B r i d g e Ke y wo r d s ： c o n c r e t e box b e a m；t y p e of c r a c k ；s p a c e a n a l y s i s ；n o n l i n e a r a n a l y s i s 1 概况 我国从 2 O世纪 7 0 年代修建北京复兴门立交 桥 ( 1 9 7 3年 ) 起 ， 预应力混凝 土连续梁 箱梁桥 开始 迅速发展和广泛应用。 目前 ， 我 国已建和在建的很 大一部分桥梁为预应力混凝土连续箱梁桥。预应 力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、 行车平顺舒 适 、 伸缩缝少和养护简单等一系列优点 ， 备受欢迎。 目 前在 4 0 M 1 5 0 m范围内， 预应力混凝土连续箱梁 已成为最 主要 的桥型之一 。 然而 ， 随着预应力混凝土连续箱梁桥在我国各 地的广泛应用， 有关该桥型在营运过程中出现病害 的情 况也 越来 越 多。例 如湖 南省 交 通 有关 部 门 1 9 9 8 年底对 2 0世纪 8 O年末 期在湘江所建 的几座 连续箱梁进行检查时 ， 发现混凝土箱梁腹板大面积 开裂 ， 最大裂缝宽度达 1 6 F l l l n ， 最长达 1 4 0 0 c m； 预 应力混凝土连续箱梁桥在其他省份均存在不同程 度的开裂【 卜 J ， 调查表 明箱梁 的腹板裂缝 最为常 见。江西省这种情况也同样存 在。超 出设计许可 的裂缝对箱梁桥 的耐久性和营运 的安全构成 了很 大的威胁 ， 同时箱梁桥腹板裂缝 的存 在具有一定的 普遍性， 使得工程界对箱梁桥的应用开始产生不 收稿 日期 ： 2 0 0 60 3一O 1 基金 项目： 湖南 省 自然科学基金资助项 且( O 1 J J Y 2 0 4 9 ) 作者 简介： 钟新 谷( 1 9 6 2一) ， 男 ， 湖南 宁乡人 ， 教 授 ， 从事桥 梁结构工 程研究 维普资讯 铁道科学与工程学 2 0 0 6 年6 月 8 安， 甚至怀疑， 因而影响预应力混凝土连续箱梁桥 在公路建设中的进一步推广和应用。 我国高速公路的跨江、 跨河的桥梁， 在理论上 和设计上没有完全解决混凝土箱梁桥腹板开裂问 题的情况下， 目前大多数仍采用预应力混凝土连续 箱梁。这给高速公路今后的正常运营留下了重大 安全隐患。 1 1 现代混凝土箱梁桥的基本特点 近2 0 多年来， 混凝土箱梁的发展具有如下几 个方面的特点： 1 ) 截面形式多样( 图 1 ) ； 2 ) 跨度变化大； 3 ) 采 用多向预应力； 4 ) 适用多种结构形式结构形式有三 跨至多跨连续梁( 包括 V形墩， 双支薄壁墩等)以 及连续刚构和 T形刚构等墩梁固结连续体系。 5 ) 适用于多种施工方法； 6 ) 采用高性能泵送混凝土 ( 参有几种外加剂) 浇注， 且混凝土强度高 ， 大多在 C 4 0以上 。 单箱单童 单箱多室 宽翼缘倒梯形 图 1 箱形梁截面类型 F i g 1 Ty p e o f b o x b e a m o t i o r l 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝产生的原因是 多方面的， 涉及设计计算、 设计的构造配筋、 施工工 艺、 气候条件、 日常养护等各个方面， 通过对多座预 应力混凝土箱梁裂缝形式和状态的调查， 其裂缝的 形式和发生的位置均具有一定的规律性， 预应力混 凝土箱梁裂缝的分布和腹板的裂缝分布大致分为 9 种情况： 1 ) 边跨斜裂缝， 主要发生在支座附近， 斜 裂缝的倾角为4 5 。 左右， 如图2 所示； 2 ) 边跨水平裂 缝， 主要发生在边端支座附近、 腹板的上缘， 如图 3 所示； 3 ) 中跨斜裂缝， 主要发生在支座附近， 斜裂缝 的倾角为4 5 0 左右， 如图 4 所示； 4 ) 中跨水平裂缝， 主要发生在 1 4 3 4 跨之间， 靠近腹板的上缘， 如 图5 所示； 5 ) 边跨的水平裂缝、 斜裂缝同时发生， 水 平裂缝靠近腹板上缘 ， 少数情况在腹板的下缘也有 水平裂缝产生， 如图 6 所示； 6 ) 中跨的水平裂缝、 斜 裂缝同时发生， 水平裂缝靠近腹板上缘， 少数情况 在 腹 板 的 下 缘 也 有 水 平 裂 缝 产 生 ， 如 图 7 所 示 ； 7 底板、 顶板平行轴向的裂缝 ， 如图 8 所示； 8 ) 箱梁横 隔板的放射性裂缝， 在人洞之间的竖向裂缝， 如图 9 所示； 9 ) 预应力锚 固部位的齿板附近的裂缝， 如 图2 边墩腹板斜裂缝 F i g 2I n c l i n e d c r a c k si n s i d es p a nwe b 图 3 边墩腹板水平裂缝 F i g 3 Ho r i z o n t a l c r a c k si n s i d es p a nwe b s 图4 跨中腹板斜裂缝 F 4 I n e l i n e d c r a c k s in i n n e r-s p a n s we b s 图5 跨中腹板水平裂缝 F i g 5 Hi z o n t a l c r a c k s i n i n n e r s p a n s e b s 图6 跨中腹板同时产生的水平斜裂缝 F i g 61 n c l i n e d c 呲 k swi t h h o r i z o n t a le si ni n n e rs p a n e b s 图 7 边跨腹板水平与斜裂缝 F i g 7 i n e d c r a c k s w i t h h o r i z o n t a l 0 n e s i n s i d e s p a n 如 图8 顶板底板裂缝类型 F i g 8 Cr a c k si nt o p a n d b o t t o m b o a r d 维普资讯 第 3 期 钟新谷： 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究 9 图9 横隔板裂缝类型 F i g 9 Cr a c k si n d i a g r a ms 图 l O 底板齿板裂缝类型 F i g 1 0 Cr a c k si nt o o t h b o a r d s 1 3 箱梁裂缝产 生的初步原因分析 箱梁腹板的主拉应力公式为( 拉应力为负) ： ： 一 一 Z-2 o21 ( 1) 一 广 一 式中： o -2 f 为箱梁腹板的主拉应力； o -k为箱梁腹板 轴向的正应力； O h y 为箱梁腹板竖向的正应力； r 为 箱梁腹板剪应力。 按照经典梁理论， 箱梁腹板的 = 0 ， 中性轴附近剪应力最大， 由( 1 ) 式及经典梁理 论可知， 在腹板的中性轴主拉应力最大， 若主拉应 力超过混凝土的极限抗拉强度 ， 则腹板会产生如图 2 、 图4 所示的斜裂缝。 按照经典梁理论各有关设计 院应该能按( 1 ) 式计算箱梁腹板的主拉应力， 通过 配置预应力筋及适当的构造措施使各控制截面的 主拉应力符合相关的设计规范要求。 对于现代大跨度混凝土箱梁桥， 特别是横隔板 较少的箱形梁在荷载作用下箱梁的变形并不完全 符合经典梁理论周边刚性假定 ， 会出现如图 l l 所 示的截面畸变变形。 箱梁腹板必 然会产生如 图 l 2 所示的应力。 计算分析结果表明， 大跨度混凝土箱 粱腹板的竖向正向应力与腹板的轴向应力在同一 个数量级， 例如杭宁高速公路的黄盆溪大桥腹板竖 向拉应力达最大达 7 M P a 。 按照( 1 ) 式， 计人腹板竖 向正应力的影响 ， 很 明显在腹板 的上缘 、 下缘 的主 拉应力容易超过有关设计规范的规定， 由于板上下 缘处的剪应力为 0 ， 主拉应力的方向与腹板竖向方 向基本相同， 所以一般在上缘产生水平裂缝。 腹板 竖向正应力作用同样使得在中性轴附近的主拉应 力易超过规范的规定而产生斜裂缝 ， 一般设计 中很 难对箱梁畸变变形进行分析， 没有考虑箱梁畸变应 力是导致箱梁腹板开裂的主要 原因之一 。 同理 ， 如 图l 2 ( b ) 所示， 箱梁顶板、 底板的裂缝是箱梁畸变 和横向弯 曲产生的附加应力导致 的， 按照( 1 )式计 算箱梁顶的主应力， 必须考虑顶板、 底板的横向方 向正应力。 由于在箱梁 的顶板和底板 的剪应力相对 较小， 所以主应力的方向大致与箱梁的顶板、 底板 的横向方向基本相同， 那么产生的裂缝方向大致与 桥轴方向平行。 对箱梁的横隔板的人洞放射性裂缝 主要是人洞造成的集 中应力产生的 ， 相关设计院完 全可以通过进行局部的块体有限元分析主拉应力， 采取适当的构造措施避免裂缝的产生。 对于图 9 中 的竖向裂缝一般产生于支座处的横梁， 这主要是支 座的反力作用。 类似于轴向杆件在受到轴向压力作 用下产生的轴向劈裂裂缝。 2 预应力变截面混凝土箱梁桥的力 学分析模型 2 1 混凝土箱梁桥空间分析模型 解决多室箱梁的分析从理论上讲应综合考虑 约束扭转， 截面的翘曲， 畸变， 剪力滞， 载荷的横向 分布以及上述因素引起的二次应力。 在此基于连续 介质力学的理论推导了能进行预应力变截面箱梁 的空间分析的 U L 列式 ， 编制 了计算程序可方便 进行混凝土多室箱梁线性与非线性分析。 2 1 1 基本假定 1 ) 箱梁各点位移为无翘曲、 无畸变、 无局部弯 曲的整体位移与箱梁各板件弯曲位移的迭加如图 l l 所示； 2 ) 多室箱形梁上翼板( 顶板) 、 下翼板( 底 板) 与腹板为刚性连接 ； 不考虑钢筋与混凝土的滑 移效应； 3 ) 多室箱形梁的整体位移符合平截面假 定， 即在变形前垂直于中性轴的截面在整体变位后 仍保持为平截面但不一定再垂直于中性轴； 4 ) 忽 略腹板与翼板在横向方向的变形( 如图 l l 所示 z 方向) ； 5 ) 忽略在变形过程中的梁体积变化。 ( a )一符合 ； ( b ) 一箱梁截面畸变变形 图 l 1 箱梁截面位移模式 Fi g 1 1 Di s p l a c i ng mo d e l o f b o x b e a m s e c t i o n 维普资讯 l 0 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 0 6年 6 月 图 l 2 腹板竖向和顶板横 向应力分布规律 F i g 1 2 T r a n s v e r s e s t r e s s d i s t rib u t i o n i n w e b s a n d t o p b o a r d s 2 1 2 多室箱形梁的离散方法 首先， 沿箱梁纵向将梁离散为若干个梁段单 元， 梁段单元各腹板与顶底、 板的刚性连接为梁段 单元结点， 如图 1 1 ( a ) 所示。 其次， 为了计算箱形梁 翼板、 腹板的面外弯曲， 剪力滞后( 腹板没有) 及横 截面畸变， 沿各个梁段单元纵向截取单位厚度的箱 梁横截面视为空腹桁架单元， 再次截取横截面空腹 桁架单元的杆件为一平面梁单元如图 l 1 ( b ) 所示， 用三次插值函数描述其位移。 然后， 用有限条的概 念， 将空腹桁架单元节点位移参数用三次多项式表 为箱梁梁段单元节点位移参数的函数。 这样无论是 单箱多室， 还是多箱多室或单室均可以以刚性结点 之间的空腹桁架单元杆件为基本单元作箱梁的空 间分析。 对各横隔板取为有结点转角的四结点平面 单元， 根据单位长度的箱形梁截面( 视为空腹桁架 的) ， 可将一维箱形梁单元离散形成下列几种基本 原件 ： 1 ) 顶底板梁 ( 箱形翼板 ) ； 2 ) 竖直腹板； 3 ) 伸臂 梁； 4 ) 斜腹板梁( 如图 l l 所示矩形箱形截面则没 有 ) ； 5 ) 横隔板梁 ； 6 ) 端横梁。 各基本原件在箱梁一维梁段单元中的整体位 移( 图 l l ( a ) ) 与在空腹桁架单元中的局部位移迭 加得出其位移， 它最终被表为梁段单元各结点位移 的函数。 根据箱形梁截面的位移模式， 在求得各基 本单元截面的质点位移 一应变关系后， 建立虚功 方程 ， 平衡方程 ， 形成各 自局部 坐标下的刚度矩阵 后， 直接转换至总体坐标下的刚度矩阵。 这样有了 上述各种基本元件的刚度矩阵后， 可进行各种多箱 多室箱形梁的空间分析。 如图 l l 所示的箱梁梁单 元可分为4 个腹板单元， 6 个翼板单元， 2 个伸臂单 元。 2 1 3 箱形 梁截 面 剪 力滞后 引起 的纵 向位移 分析 根据基本假定只考虑箱梁竖向弯曲( 周边刚 性) 的剪力滞后效应。 剪力滞后函数采用下列方式 描 述 ： t t k= Y 0 。 ( 2 ) 式中： 为剪力滞后引起的箱形梁在顶底板的非 均匀纵 向位移； 为顶底板中最大剪切变形差 ， 为 空腹桁架单元基本原件的顶底板梁的一个广义位 移； Y 。 为顶底板在坐标轴 y ( 横截面总体坐标) 方向 坐标值； 为剪切变形分布函数， 分布函数在腹板 之间取为三次多项式， 该函数在横截面方向对称于 顶底板梁， 其值在顶底板梁对称中心为 l ， 在顶底 板梁与腹板的相交的结点的值为0 。 对于伸臂板剪 切变形分布函数为顶底板的剪切分布函数的对称 部分。 图 l 3 所示剪力滞后效应模式， 对称的单箱双 室共需3 个最大剪切变差值 及 3 个剪切变形分 布函数 描述。 孝 ， 孝 孝， ， 孝， - - 孝 孝 图 l 3 箱梁剪力滞后广义位移示意图 Fi g 1 3 Ge n e r a l d i s p l a c i n g mo d e l o f b o x g i r d e r c o n s i d e rin g s h e a r l a g 2 1 4 多室箱梁整体位移场( 周边 不变形 )与各 基本原件局部位移场( 周边 变形) 1 ) 多室箱梁整体位移场( 周边不变形) 。 根据 基本假定， 梁单元属一维结构， 基于周边不变形假 定箱梁截面任一质点的位移可用该点所在截面的 广义位移表示。 选择单元任一截面形心沿 3 个坐标 轴方向 ， V c ， W 和该截面纵向翘曲位移 作为广 义位移 ， 广义位移向量 u 为 ： U = u ， V c ， W ， ， ， ( Y ， ) T 。 ( 3 ) 忽略截面转角对质点位移的贡献的二阶微量， 那么 箱形梁截面任一质点的位移为： U= u 一 xY+ +p ( u ( Y ， ) ； ( 4 ) l ， =V c x ； ( 5 ) W = W + x Y 。 ( 6 ) ( Y ， ) 为广义扇性坐标。 2 ) 翼板梁空间局部位移场。 由基本假定图 l 3 所示的箱梁横截面框架( 视为空腹桁架) 腹板之间 顶底板为基本单元即翼板梁， 如图 l 4 所示。 翼板梁 面外局部位移按翼板与腹板联结点绕 轴的转角、 局部面外位移采用 H e r m i te 插值函数确定( 竖直腹 板、 斜腹板同理) 。 那么， 翼板的局部位移为： = 【 J【 厶J ； ( 7 ) 维普资讯 第 3 期 钟新谷： 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究 = a N 厶 ； ( 8 ) ( 1一了 S)一 3 A i y o 1 y o 。 。L 一了 一 一 l N E a 。 a 卜n+ 。 ( 9 ) 式中， 为 Y 方向坐标。 式( 9 ) 右边第3 项是视翼板 为K i r c h o ff 薄板竖向局部位移引起的翼板局部弯曲 在 s t y 向产生的位移 ， n为翼板竖 向的坐标 。 按结点 i ， 处局部位移 ( 局部面外 位移) ， ( 结点处绕 轴转角) ， A i ， 取H e r m i t e 插值函数描述。 ， 为 ： l j= 1 2 3 4 j 。 ( 1 0 ) 1 ， 2 ， 3 ， 4 为局部坐标 S 方向的H e r m it e 插值函 数 ， 厶= 。 ( 1 1 ) 式( 8 ) 右边项同理即局部在 S 方向产生的位移。 由 于 i ， 两处腹板有局部挠度 和 相应在 i 和 结 点 方向变形为： ， 。 根据基本假定， 翼板在 方向也会相应产生局部位移， 其大小由 i 和 结点处位移值按线性插值确定。 式( 9 ) 中， 为 剪力滞二次分布函数。 3 )竖直腹板局部位移场。 图 l 5 所示 为腹板局 部位移示意图。 根据前述 位移模式分析 ， 同理可得 出斜腹板局部坐标下的任一点局部位移为： = N 2 0 +N 4 ( 1 2 ) + n+ 0 j ) 一 + y 。 ( 1 4 ) 式中符号与前述意义相 同， 但 为腹 板整体的局 部质点位移。 图 1 4 翼板 局部位 移模 式示意图 F i g 1 4 L o c a l d i s p l a c i n g mo d e l o f w i n g p l a t e 图 1 5 竖直腹板局部位移模式示 意图 F i g 1 5 L o c al d i s p l a c i n g mod e l o f v e r t i c a l w e b s 4 ) 伸臂梁段局部位移场。 图 l 6 所示为伸臂梁 局部位移示意图， 局部位移为 ： = A i +0 S+ f ( S ) 。 ( 1 5 ) 式中： 为 i 点 的局部竖 向挠度 ； 0 为 i 处的转 角； f ( S ) 主要考虑伸臂 梁段在竖 向力 ( 沿桥跨方 向) 作用下的竖向变位； A 为伸臂梁端点的挠度 ( 在竖向力作用下) ； 厂 ( ) 为分布函数， 按悬臂梁在 均布载荷作用下 ， 端点产生单位位移来确定 ： ( s ) = 3 了S ) + 2 ( 手 ) 一 4 ( 手 ) 。 ( 1 6 ) 在确定伸臂梁竖 向位移之后， 应用与翼板梁段位移 计算相同的原理， 可得到质点在 ， S 方向的位移： n+c ( 1 7 ) a f a A r，、 O0 i “ Y o 。 。 ， L n 。 。n 。 n o ( 1 8 ) 一 n l 6 ， 图 1 6 伸壁局部 位移模 式示意 图 F i g 1 6 L o c al d i s p l a c i n g mod e l o f c a n t i l e v e r g i r d e r 2 1 5 箱形梁各基本单元的平衡方程 1 ) 三维 连 续 介 质 虚功 方 程 ( 小 位 移 弹 性 理 维普资讯 1 2 堕道科学与工程学报 论 ) ：j f d ： 。 ( 1 9 ) 式中： f 为三维连续介质的物性张量； E 为三维 连续介质的格林应变线性张量 ，表达式为： 。 号 ( 蓑+ (加 ) 式中， U i =( 1 ， 2 ， 3 ) 为三维连续介质质点的位移分 量 ； 为外力虚功。 2 ) 各基本单元平衡方程的建立 如图l 7 所示， m和 为翼板梁段单元所在箱梁 单元的结点号。 考虑式( 3 ) 和式( 4 ) 箱梁的整体 位移， 翼板梁共有 l 4 个整体位移 ， ， ， ， ， ， ， ， u 蚋， ， ， o + h ， ， 这与一般空 间梁单元相同， 另外， 还有 4 剪力滞位移参数 ， 在箱梁梁单元结点 m， h 处和翼板与腹板的交 点处( 如图 1 3 所示) ， 局部位移作为翼板梁段单元 的节点局部位移， h 结点处交点 有 ( 局部竖 向位移及对 的一次导数) 和 0 , 0 1 ( 结点处绕 轴 转角及对 的一次导数) ； 点同样有 ， 和 ， 。 m结点同样有 8 个局部结点位移参数 。这样翼 板梁共有3 4 个节点位移。 通过如图1 4 所示 和 方 向插值可以获得翼板梁段单元的总体位移场 。那么 翼板梁段单元节点位移为 = “ m ； ( 2 1 ) I 聪Il l7 ； ( ) m I I J J 7 。 ( 2 3 ) 梁单元截面广义位移 并不等于 ， 也不等于 d x， 而是与 U y 相互独立的函数以考虑剪切变 需对局部位移进行坐标变换。 j h e lh Aj 图 1 7 翼板结点位移示意图 2 0 0 6 年 6 月 2 2 变截面预应力混凝土箱形梁的分析 前述了混凝土箱形梁截面基本分析模型 ，对于 实际工程大多数是变截变面箱形梁并且有多向预 应力。 腹板的厚度、 高度大多数情况下是变化的； 甚 至悬臂板部分的长度 同样发生变化 。在进行单元划 分时尽可能分得短些， 对于变截面箱梁其单元刚度 矩阵采用分3 段 N e w t 0 n c 0 t e s 积分求和式 。3 个断 面的积分常数为 C l =1 6 ，C 2： 2 3， C3： 1 6 。试 算表明具有良 好的精度。 3 计算分析举例 3 1 黄盆溪大桥基本概况 杭宁高速公路黄盆溪大桥为跨河的预应力混 凝土连续箱梁桥， 全长 1 9 2 m ，截面如图 1 8 所示， 截 面高度变化如图 1 9 所示。1 9 9 7 年建成通车 ，浙江 省 交通规划设计研究院设计， 交通部三航局六公司 施工， 设计荷载为汽一2 0 -1 2 0 。建成通车不 图1 8 箱梁截面示意图 Hg 1 8 I ll u s t r a t i o n o fth e s e c t i o n o fb o x b i r der 葛 I 觚 、 r 4 0 图 1 9 箱梁高度变化示意图 Rg 1 9 C h a n g o f 出e d e p t h o f a lo n g出 e b 0 x蒯 e r 维普资讯 第 3 期 钟新谷： 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究 1 3 按前面所述 ， 首先在黄盆溪大桥 的纵向划分一 维梁段单元， 一维梁段单元长度为 1 m， 全桥纵向 共划分为 1 9 2 个梁段单元。按照箱梁截面空腹桁 架单元的离散方法如 图 2 0所示 ： 黄盆溪大桥 的截 面可离散为 3 个腹板单元和 4 个翼板单元， 2 个伸 臂板单元 ， 2 4 ， 4 6 顶板的剪力滞后用同一个最 大剪切变差值描述。 图 2 0 箱梁截面空腹桁架单元离散示意 Fig 2 0 Di s c r e t e a n a l o g u e o ft h e o p e nwe b t ms s e l e me n t 3 2 腹板畸变 、 横 向弯 曲引起 的拉应 力大于 2 5 MP a 分布区域 工况 1 腹板畸变、 横向弯曲引起的拉应力( y 方向) 没有超过 2 5 MP a的区域。工况 2腹板畸 变、 横向弯曲引起的拉应力( 腹板竖向方向) 超过 2 5 M P a 的区域分布情况如图2 1 所示( 举例) 。 图 2 1 腹板拉应力分布 区域 图 F i g 2 1 Dis t r i b u t i o n o fth et e n s i l e s i r e 8 8 i n we b s 4 结论 1 ) 采用空腹桁架梁段单元编制程序分析混凝 土箱产生的拉应力区域 ( 超过 2 5 MP a ) 与裂 缝类 型图基本一致， 混凝土箱梁的设计应考虑腹板的由 于箱梁畸变( 或称歪扭 ) 及横 向弯曲引起腹板竖 向 正应力， 在设计时各截面的箍筋不能按构造配筋， 必须按腹板竖向拉应力大小进行配筋， 其配筋形式 应采用小直径和密集的箍筋， 箍筋的保护层厚度按 规范宜取下限。在采用小直径 和密集箍筋配筋后 如能满足要求 ， 则完全可以取消腹板的竖向预应力 配筋。 2 ) 混凝土箱梁由于纵向预应力 、 多向预应力的 应用， 使得设计者在设计混凝土箱形梁愈趋轻而 薄， 为了施工的方便， 希望在跨间少设甚至不设横 隔板。在这种情况下， 箱梁的畸变( 或称歪扭) 及横 向弯曲引起的应力不容忽略。由于顶板在设计时 设计者已按规范对行车道板进行设计 ， 而且是按简 支体系设计， 配筋设计时考虑跨中的弯矩增加了 1 倍 。所 以在 目前混凝 土箱开裂 中调查 中顶板开裂 的较少。在完成初步设计后， 应进行能反映箱梁畸 变( 或称歪扭) 及横向弯曲应力的空间分析， 验算施 工及成桥使用阶段的弹性应力其腹板的正向拉应 力应小于 2 5 MP a 。并 验算控制 截面 的主拉 应力 不超过规范值 。 3 ) 由于箱梁活载的横向分布引起的扭转、 畸变 ( 或称歪扭) 及横向弯曲引起造成各腹板承担的荷 载分布有很大差别， 横向荷载分配系数应充分考虑 扭转、 畸变( 或称歪扭) 及横向弯曲引起的增加的部 分。 4 ) 严格防止超载， 计算分析表明， 腹板竖向正 向拉应力超过 2 5 M P a 的区域均有重车作用 ， 所以 严格控制超载是 防止混凝土箱梁桥开裂 的重要措 施。 5 ) 应采取强有力的混凝土保温、 防止混凝土水 分蒸发措施， 研究制定专门的混凝土箱梁桥梁的施 工规范， 防止混凝土箱梁桥早期开裂。采用添加粉 煤灰等外加剂 ， 减少水 泥用量 ， 防止混 凝土箱 梁早 期开裂是值得研究的。 参考文献 ： 1 浙江省交通厅公路管理局 预应力混凝土箱梁连续梁 桥裂缝调查分析及防治研究报告 R 杭州 ： 浙江省交 通厅公路管理局， 2 0 O 0 T h e H i g h w a y A d m i n i s t r a t i o n B u r e a u o f Z h e j i a n g T r a ff i c O f - fi c e R e p o r t a b o u t t h e i n v e s t i g a t i o n ，a n a l y s i s a n d t r e a t me n t o n c r a c k i n g p r o b l e m o f c o n ti n u o u s p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o x b e a m R H a n g z h o u I The H i ghw a y A d m i ni s t r a t i o n B u r e a u o f Z h e j i a n gT r a g i c O ff i c e ， 2 0 O 0 2 钟新谷 ， 马平， 曾庆元 多室箱梁非线性有限元分析 J 土木工程学报 ， 1 9 9 9 ， 3 2 ( 6 ) ： 3 2 4 0 Z H O N G X i n g u ，MA P i ng，Z E N G Q i n g - y , N o n l i n e a r f i ni t e e l e m e n t a n a l y s i s o f t h i nw a ll e d m u l t i c e l l box西 I d e f s J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ，1 9 9 9 ， 3 2 ( 6 ) ： 3 2 40 3 潘家英， 余振生 ， 辛学忠， 等 大跨径独塔斜拉桥全桥空 间模型试验与分析 J 土木工程学报， 1 9 9 8 ， 3 1 ( 5 ) ： 3 1 4 维普资讯 4 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 0 6年6月 P A N J i a - y i n g ，Y U Z h e n g - s h e n g ，X I N X u e z h o n g ， e t a 1 E x p e ri me m a n d a n a l y s i s o f t h e g l o b a l s p e c i a l mo d e l of a l o n g s p a n c a b l e s t a y e d b r i d g e w i th a s i n g l e t o w e r J C h i n a C iv i l E n g i n e e ri n g J o u mal， 1 9 9 8 ， 3 1 ( 5 ) ： 31 4 4 李坚 我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实 践 J 城市道桥与防洪， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 2 1 2 7 L I J i a n D e v e l o p m e n t a n d e n gi n e e r i n g p m c ti e e of P C c o n t i n u o u s b e a m b r i g d e s i n C hina J J U r b a n R o a d s B ri d g eF l o o d C o n t r o l ， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 2 1 2 7 5 楼庄鸿 现有大跨径预应力混凝土梁式桥的缺陷 c 2 0 0 3 年全国桥梁学术会议论文集 2 0 0 3 ： 1 8 9 1 9 3 L oU Z h u a n g - h o n g Di s a d v an t a g e s of r e s i s t e d l a r g e s p a n P C b e a m b n a g e s C j A n n u a l A c a d e m i c C o n f e r e n c e o f th e N a t i o n a l S r i a g e A s s o c i a ti o n i n 2 0 0 3 2 0 0 3 ： 1 8 91 9 3 6 施颖， 郑建群 从设计层面探讨预应力混凝土连续梁 桥裂缝控制 J 重庆交通学院学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 4 ) ： 1 3 1 8 S H I Y