预应力混凝土箱梁锚固端裂缝成因分析及处理.pdf

第 3 8卷 ， 第 2期 2 0 1 3年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8，No 2 Ap r， 2 0 1 3 预应力混凝土箱梁锚 固端裂缝成 因分析及处理 李强 ，姜早龙 ，李慧民 ( 1 西安建筑科技大学 土木工程学 院 ， 陕 西 西安 7 1 0 0 5 5 ； 2 住 房和城 乡建设 部 执业 资格 注册 中心，北京 1 0 0 0 3 7 ； 3 湖南大学 土木 工程学 院，湖南 长沙4 1 0 0 8 2 ) 摘 要 介 绍某大桥 预应力混凝 土箱梁施工过程 中， 预应力束张拉后锚 固端 出现 的开 裂现 象 ； 采用有 限元法 计算开裂部位的应力场 ， 应力计算 的基础 上分析裂缝产生的原因 ； 提 出防止产生此类裂缝 的处理措施 。 关键词 预应力混凝 土；箱梁 ； 锚 固区 ； 混凝 土裂缝 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 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 1 3 3 0 4 Ca u s e An a l y s i s a nd Tr e a t m e n t o f Cr a c k s a t An c h o r a g e En d o f Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Bo x Gi r d e r LI Qi a n g ， J I ANG Z a o l o n g ，L I Hu i mi n ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， X i fi n U n i v o f A r c h i t e c t u r e &T e c h n o l o g y ， X i a n ， S h a n x i 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a ； 2 P r a c t i c e Q u a l i f i c a t i o n R e g i s t r a t i o n C e n t e r ， M i n i s t r y o f H o u s i n g& U r b a n - R u r a l D e v e l o p m e n t， B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 ， C h i n a ； 3 C o l l e g e 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 i v ， C h a n g s h a ， H u n a n 4 1 0 0 8 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t I n t h i s p a p e r ， t h e c r a c k s a t t h e a n c h o r a g e e n d o f fl p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o x g i r d e r ， a r i - s i n g a f t e r t h e p r e s t r e s s i n g t e n do ns a r e t e n s i o n e d i n t h e c o n s t r u c t i o n o f a b r i dg e，i s d e s c r i b e d f i r s t l y Th e n t he s t r e s s fie l d o f t h e c r a c k i ng r e g i o n i s c o mp u t e d b y F i n i t e El e me n t Me t h o d a n d t h e c a u s e o f c r a c k i n g i s a n a l y z e d b a s e d o n t h e s t r e s s c o mp ut a t i o nFi n a l l y，t h e t r e a t i n g me a s u r e s t o p r e v e n t s uc h c r a c k s f r o m a r i s i n g a r e p r e s e n t e d Ke y wo r d s p r e s t r e s s e d c o n c r e t e ； b o x g i r d e r ； a n c h o r a g e r e g i o n ；c r a c k o f c o n c r e t e 逐 段 ( 或 逐 孔 ) 现 浇施 工 法 是 预 应 力 混 凝 土 连 续箱梁施 工 的常用方 法， 其 设计 和施 工 已相 当成 熟。 。但是 ， 如果在设计工作或者施 工过程 中对 某些细节认识不足 ， 仍然可能出现设计缺陷或施工 质 量 问题 。湖南 省 常德市 某 大桥 引桥预 应力 混凝 土 连续 箱梁施 工 过程 中 ， 出现 了 因设 计 考 虑 欠 周 到 而 导致 预应 力 束 张 拉 后 锚 固端 出 现 有 规 律 的 开 裂 现 象。本文采用有限元法计算开裂部位的应力场 ， 分 析开裂原 因， 并提出防止开裂缝的处理措施 ， 保证了 后续 现浇 段没 有再 出现类 似 开裂现 象 。本 文所 介绍 的内容可 以为同类工程提供参考。 1 工 程 概 况 某大桥引桥为双幅预应力混凝土连续箱梁 ， 单 幅跨径 布置 为 ： ( 62 5 m) 现浇连续 箱梁 +( 2 2 5 m) 现 浇 连 续 箱 梁 +( 2 2 1 m + 2 0 m) 现 浇 连 续 箱梁 +( 3 2 1 m) 现浇连续箱梁。 图 1为箱梁标准断面图， 为单箱双室斜腹板等 截面箱梁 ， 混凝土强度等级为 C 5 5 。箱梁梁高为 1 5 0 c m( 箱中心线) ； 箱梁顶板宽 1 2 7 4 c m， 厚 2 4 c a， 设 有 2 的单 向横 坡； 底 板 宽 度 为 7 3 4 c m， 厚 度 为 2 4 c m； 边腹板厚 度为 4 0 a m， 中腹板厚 4 2 c m， 支点 处腹 板 加厚 至 6 0 c m； 箱梁 在支 座 处设 置 1 0 0 c m 厚 端横梁及 1 5 0 c m厚中横梁。 2 7 0 l 7 3 4 I 2 7 fl 图 1 箱梁标准断面 ( 单位： a m) F i g u r e 1 S t a n d a r d S e c t i o n o f B o x G i r d e r ( U n i t ： c m) 图 2为箱梁预应力布置图， 该箱梁 预应力 钢绞 收 稿日期 2 0 1 2 1 2 1 3 作者 简介】李强( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 河北宁晋人 ， 住房和城 乡建设部执业资格 注册 中心高级工程师 ， 博士研究生 ， 研究方向 ： 土木工程建造 与 管理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 4 公路工程 3 8卷 线为 2 7 0级公称直径 ( b 1 5 2低松驰预应力钢绞线 ， 其抗拉标 准强 度k=1 8 6 0 MP a ， 弹性模 量 E p= 1 9 5 X 1 0 M P a ， 技术标准必须符合“ A S T M 4 1 6 9 0 ” 和 预应力用钢绞线 ( G B 5 2 2 42 0 0 3 ) 有关规定。 每孔预应力束由 1 2根 1 5 2钢绞线组成 ， 控制应 力为 0 7 5 f #， 张拉控制力 为 2 3 2 7 k N， 施工时所有 预应力束张拉都需在支架上进行 ， 而且必 须进行整 束张拉， 上下左右均匀对称进行。 2 7 0 7 3 4 图 2 箱粱预应力布置图( 单位： c m) F i g u r e 2 A r r a n g e me n t o f P r e s t r e s s i n g t e n d o n s ( U n i t ： e m) 由于该桥 主梁梁高较小， 为保证施工中箱梁底 板混凝土的振捣质量 ， 混凝土浇筑采用两次浇筑工 艺 ， 即先浇筑 底板 及腹板 混凝 土 ， 待底 板及 腹板混 凝 土强度达到设计强度的 7 5 后 ， 再在底板上搭设顶 板混凝土施工临时支架进行顶板混凝土浇筑。 箱梁 施工 采 用逐 段 现浇 施 工法 ， 支架 上现 浇施 1 号秉段 2 号秉段 3 号秉段 工顺序示意图见图 3 。各段结合断面离支座 的距离 为 6 5 0 c m。前一段箱梁浇筑完成并达到预应力 张 拉条件后 ， 在该结合断面进行预应力张拉后 ， 再进行 下一段 的施 工 。下 一段 的预应力 钢绞线 是通 过连接 器连接的。 在第一段施工时 ， 虽然所有工序都按 照设计要 图 3 箱梁施工顺序 示意 图 Fi g ur e 3 Di a g r a m o f c o n s t r uc t i o n s e q ue n c e o f Bo x Gi r de r n U 0柚 帅n = = 0 牾 柏 n U n U n U 2的 旧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 6 公路工程 3 8卷 计和施工已相当成熟。尽管如此 ， 如果设计或是施 工中对某些细节认识不深刻 ， 仍然可能出现设计 缺 陷或施工质量问题。本文实例进一步说 明， 预应力 张拉锚 固端的应力是 十分复杂的， 为了深入认识该 区域的应力性状 ， 必要时应对该 区域进行复杂的结 构分析 。设计 中， 一定要重视张拉锚固区域的构造 措施 ， 钢筋配置要加强， 同时采取合理 的施工工艺 ， 才能避免本文实例的开裂现象。 2 3 参考文献 陆仁达 公路 施工手册 桥涵 M 北京 ： 人 民交 通出版社 ， 2 0 0 0 J T G T F 5 0 2 0 1 1 ， 公路桥涵施工技术规范 S 刘山洪 简明预应力混 凝土桥梁施工 手册 M 北 京 ： 人 民交 通 出版社 2 0 0 6 ( 上接第 1 2 4页) 挡块承受最大水平力为 5 2 9 7 k N。 6 结论 本文以宁海新桥特大桥主桥为例 ， 对其进行 了 反应谱分析和非线性时程分析。针对其下部结构刚 度大的特点 ， 提 出了抗震支座联合纵横 向限位挡块 的抗震设计方案， 主要结论如下： 本桥抗震设计理念是合理的， 即允许支座破 坏 ， 允许桥墩屈服， 确保桩基 、 承台不破坏 ， 确保主梁 整体稳定 ， 防止落梁。 抗震支座联合纵横 向限位挡块的抗震设计 方案满足本桥抗震要求。 E 1地震作用下 ， 桥梁结构处 于弹性工作状 态 ， E 2地震作用下， 支座均达到其水平承载力而发 生屈服或滑移； 在 E 2纵向地震作用下固定支座屈 服后 ， 因 1 1 1 3 主墩设置纵向限位挡块 ， 能共 同 承担 地震力 。 因对支座边界条件模拟的不同 ， 反应谱分析 和非 线性 时程分 析结果 存在差 异 。 相对于反应谱分析， 非线性时程分析结果更 符合工程实际。 8 9 1 O 1 1 参考文献 叶爱君 ， 胡世德， 范立础 大跨度桥 梁抗震设计 实用 方法 J 土木工程学报， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 6 马健中 高墩桥梁抗震分 析方法 J 公 路交通科技 ， 2 0 0 4， 2 1 ( 1 2 ) ： 6 6 6 8 毕桂平 ， 江涌 大型复杂立交工程中匝道桥抗震分析计算模 型研究 J 桥梁建设 ， 2 0 0 3 ， ( 6 )： 1 51 7 陈星烨 ， 余钱华 大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入 J 中 外公路 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 4 ) ： 3 23 4 杨沪湘， 许航 高烈 度地震 山 区桥 梁抗震 设计研 究 J 公 路 ， 2 0 0 9 ， ( 8 ) ： 2 4 6 2 5 0 宋晓东 ， 李建 中 山区桥梁的抗震概念设计 J 地震工程与工 程振动， 2 0 0 4， 2 4 ( 1 ) ： 9 29 6 滕军 ， 吕海霞 ， 吴红军 ， 等 高墩小半径 曲线 梁桥抗 震分析的 若干问题探讨 J 工程 抗震 与加 固改造 ， 2 0 0 8 ， 3 0( 5 ) ： 5 5 6 0 周建春， 刘 光栋 大跨 度公路 梁桥抗 震分析 研究 J 桥 梁建 设 ， 1 9 9 8 ， 2 8 ( 1 ) ： 5 9 刘光栋 ， 周建 春 大跨 度公路 梁桥抗 震分析 的若干 研究进 展 J 湖南大学学报， 1 9 9 6， 2 3 ( 5 ) ： 1 0 5一I 1 2 J T G T B 0 2 0 1 2 0 0 8 ， 公路桥梁抗震设计细则 S J T J 0 0 4 - 8 9 ， 公路工程看着设计规范 S ( 上接 第 1 2 8页) 目中具有强竞争力的桥型方案。但同时部分大跨连 续刚构也出现了跨中下挠过大及箱梁出现超规范的 裂缝 等 问题 。本 桥设计 在总结 国 内已建桥 梁经验 的 基础上， 为避免上述问题进行了系统的研究 ， 并在设 计过程中采取了相应 的对策， 为以后 同类型桥梁设 计积累了一定的经验。目前该项 目正在施工建设 当 中。 【 2 参考文献 马保林 高 墩大跨连 续刚构桥 M 北京 ： 人 民交 通出版社 2 0 o1 李安渠 大跨预 应力连续刚构桥高墩优化设计研究 【 J 公 路 2 0 1 1 ， ( 6 )： 8 78 9 3 李明燕 ， 方志 预应力混凝土连续刚构桥 的参数优化 J 公 路工程 ， 2 0 0 9， ( 6 ) ： 7 4 8 0 4 J T G D 6 02 0 0 4， 公路桥涵设计通用规范 s 5 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土 及预应力混 凝土桥涵设计规 范 s 6 冯鹏程 连续刚构桥设计关键技术问题的探讨 J 桥梁建设 ， 2 0 0 9， ( 6 ) ： 4 74 9 7 王解军， 陈铨恺大跨连续 刚构桥 的高墩 弹性 稳定分 析 J 公路工程 ， 2 0 0 6 ， ( 6 ) ： 4 6 5 0 ( 7 8 ) 8 山店江 大桥全 桥气 弹模型 风洞试验 报告 R 长 沙： 湖南 大 学 ， 2 0 0 9 9 邓志恒 ， 罗志佳 ， 林俊 竖 向预应 力损失对箱 梁腹板斜 裂缝 影响分析 J 公路工程 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 1 9 2 2 ( 5 2 ) 1 0 邵旭东 ， 梁立龙 ， 张贵明， 等 二 次张拉低 回缩 钢绞线 竖向预 应力短索锚 固体 系设计 、 施工与验收技术指南 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 1 1 i i |二| 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m