内蒙地区单腔预应力空心板梁梁端底板横向裂缝研究--中国期刊网

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内蒙地区单腔预应力空心板梁梁端底板横向裂缝研究

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：徐列能

[导读] 摘要：通过内蒙地区某简支梁桥部分单腔预应力空心板梁梁端底板横向贯通裂缝工程实例，结合现场表观缺陷检测、荷载试验及检算结果，分析病害产生的原因并提出合理的加固维修方式。

        上海同丰工程咨询有限公司上海 200444
        摘要：通过内蒙地区某简支梁桥部分单腔预应力空心板梁梁端底板横向贯通裂缝工程实例，结合现场表观缺陷检测、荷载试验及检算结果，分析病害产生的原因并提出合理的加固维修方式。
        关键词：单腔空心板梁；梁端底板横向裂缝；荷载试验；内窥镜；检算
        引言
        装配式混凝土梁桥目前在我国公路桥梁中应用范围最广，约占公路桥梁总量的75%以上，而装配式混凝土梁往往又以预制空心板梁为主。空心板梁在日常检查中常见的病害主要为梁底跨中区域出现横向正弯矩裂缝、梁端腹板出现斜向剪切裂缝、混凝土破损露筋、铰缝渗水等。内蒙地区预制空心板梁大部分都以单腔为主，现场检查过程中发现较多单腔预应力空心板梁梁端底板一定范围内出现横向贯通裂缝，分析其产生的原因，并对其提出合理的维修加固建议就显得尤为重要。
        1桥梁概况
        XX桥位于包头市110国道K711+015公里处，目前该桥交通流量繁忙，有大量重车通行。该桥为一座偏东西走向的5跨简支预应力混凝土空心板梁桥，桥梁全长65.0m，跨径组合为5×13.0m。全桥分为南北两幅桥，北幅为后扩建桥梁，南幅为老桥再利用。每幅桥上部结构每跨均由12片预应力混凝土空心板梁组成。全桥空心板梁梁高均为0.55m，中梁底宽为0.99m，边梁底宽为0.995m，空心板梁梁端下设圆形板式橡胶支座。下部结构桥墩为钢筋混凝土桩柱式桥墩，下设承台，承台下为扩大基础；桥台结构为肋式桥台，扩大基础。该桥北幅扩建桥梁预应力空心板梁混凝土设计强度等级为C40。该桥桥面总宽为24.8m，桥宽布置如下：0.5m防撞护栏+11.0m车行道+0.5m防撞护栏+0.8m中央分隔带+0.5m防撞护栏+11.0m车行道+0.5m防撞护栏。两端桥台位置桥面设有型钢伸缩装置，桥墩位置跨间桥面连续。桥面铺装采用沥青混凝土铺装面层+钢筋混凝土铺装垫层。桥面两侧采用钢筋混凝土防撞护栏。该桥北幅拓宽桥修建于2010年，南幅桥修建年代不详。全桥设计荷载等级为公路-I级，目前两端桥头设有20t限载标志牌。
        2表观缺陷检查
        全桥共有120片空心板梁，其中北幅桥60片空心板梁中有23片空心板梁位于梁端附近底板出现横向裂缝（跨中区域不存在横向裂缝），占北幅桥板梁总数的38.3%。横向裂缝基本位于距桥墩盖梁0~2.0m范围内，其中部分横向裂缝伴有渗水泛白痕迹（见图2.1）。梁底横向裂缝最大宽度为0.28mm，已不满足《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）规定的预应力混凝土梁不允许产生横向裂缝的规定。预应力空心板梁梁端板底出现横向裂缝主要原因有两种：①预应力空心板梁预制完成后进行放张时会在放张处产生较大的拉应力，当此拉应力超过混凝土的极限拉应力时，放张处梁底便会出现横向裂缝，该类裂缝主要产生于桥梁早期，不影响结构受力性能；②荷载作用下产生的受力裂缝，该类裂缝主要产生于桥梁使用期间，影响结构受力性能。查阅该桥竣工图纸，确定预应力钢绞线放张位置，并与空心板梁梁端板底横向裂缝位置进行一一对照，发现大部分横向裂缝均不在预应力钢绞线放张处，表明裂缝可能为荷载作用下产生的受力裂缝。是否为受力裂缝将进行静载试验验证。

        图2.1 空心板梁梁底端部横向裂缝现场实景照
        空心板梁梁底横缝汇总统计                     表2.1

        3 主梁抗剪承载能力计算
        检算选取空心板梁距支座中心h/2处斜截面进行抗剪承载能力检算，根据承载能力检算判式，该桥空心板梁斜截面最大剪力组合值及斜截面极限抗剪强度比较见表3.1。
        斜截面承载能力检算结果                      表3.1

        由上表可知，目前正常情况下该桥空心板梁梁端斜截面抗剪承载能力能够满足公路-Ⅰ级荷载的安全承载要求。
        4 静载试验
        为了进一步确定裂缝的性质，现场检测选取2片空心板梁进行静载试验。空心板梁梁底裂缝分布情况为一端存在横向贯通裂缝，一端完好。在存在横向裂缝的一侧梁底跨缝粘贴钢弦应变计，并在裂缝旁边再粘贴一个钢弦应变计，最后在梁底完好一侧对称位置粘贴2个钢弦应变计，每片梁共布设4个测点（见图4.1）。
        试验原理：通过钢弦应变计测值的变化情况来判断裂缝是否为受力裂缝。a）若裂缝侧两个钢弦应变计测值相差较小，则表明裂缝目前对结构受力影响较小，若2个测值相差很大，则表明裂缝为受力裂缝，且将影响桥梁结构的安全受力；b）将梁底完好侧及梁底裂缝侧的位于相同位置的钢弦应变计的测值进行对比，原理同上。

        图4.1 空心板梁梁底钢弦应变计测点布置图（单位：mm）
        静载试验荷载亦采用2辆重近430kN的三轴载重货车作为试验荷载，试验结果见表4.1。
        空心板梁底板梁端底板实测数据汇总               表4.1

        由表4.1可知：a）在试验荷载作用下A#空心板梁梁底裂缝端1#测点/2#测点=121/11=11.0，完好端3#测点/4#测点=14/15=0.93，且1#测点/3#测点=121/14=8.65；B#空心板梁梁底裂缝端1#测点/2#测点=130/15=8.67，完好端3#测点/4#测点=18/20=0.90，且1#测点/3#测点=130/18=7.22。b）试验荷载下跨缝端两应变测点差距非常大，而完好端两应变测点测值基本相等，且跨缝位置处应变实测值与完好端相同位置应变实测值差距亦较大。以上数据分析结果说明在活载作用下梁端板底横向裂缝有明显扩展，进而证明该裂缝的产生和受力有直接关系，应为荷载作用下产生的受力裂缝。
        5 内窥镜检查
        试验结果表明梁端底板处横向裂缝为荷载作用下产生的受力裂缝。由于存在此病害的板梁均为中梁，目前只能观察到底板表面的裂缝分布情况，底板裂缝向上延伸情况未知，采用合理的方式探查板梁空腔内部的裂缝分布情况显得尤为关键。现场检测人员共选取10片空心板梁，在裂缝位置处钻孔，伸入摄像头，采用高清工业内窥镜观察板梁空腔内部裂缝分布情况（见图5.1）。探查结果表明，其中6片空心板梁空腔内侧腹板存在斜向裂缝（包含A、B#空心板梁），且斜向裂缝与底板横向裂缝贯通。分析梁端位置的受力情况可知，裂缝应为荷载作用下产生的弯剪斜向裂缝。

        图5.1 主梁空腔内侧腹板斜向裂缝内窥镜探测实景照
        6 结论与处置
        1）本文首先通过表观缺陷检查并结合图纸资料的方式，判断出梁端底板的横向裂缝可能为受力裂缝，然后通过荷载试验确定其为受力裂缝，最后通过内窥镜检查的方式结合检算数据确定其为荷载作用下产生的弯剪斜向裂缝。
        2）检算结果表明设计方面没有问题，结合过往检测经验分析裂缝产生的原因可能为：a）内蒙地区重车较多，存在极端超载的情况，远远超过桥梁的设计荷载；b）桥梁养护维修不到位，桥梁承载能力存在一定程度的降低；c）桥面系情况较差，墩台位置跳车严重，加剧了车辆对桥梁的冲击；d）构造问题，检查发现梁端出现横向裂缝的空心板梁基本都为单腔的，双腔的空心板梁基本没有。
        3）考虑到剪切破坏具有突然性，给桥梁结构的安全运营造成一定的安全隐患，对梁底横向裂缝仅存在底板，未向腹板延伸的，采用结构灌注胶进行封闭处理，并加强监控；对底板横向裂缝沿腹板延伸的，建议对其进行更换处理，确保桥梁结构的安全运营。
        参考文献：
        [1]王金暖. 空心板桥横向裂缝病害分析及加固方案探讨[J]. 北方交通，2019（7），44-47.
        [2]JTG/T J21-01-2015.公路桥梁荷载试验规程[S].
        [3] GB/T 50344-2019.建筑结构检测技术标准[S].
        [4]JTG D60-2015.公路桥涵设计通用规范[S].
        [5]JTG H11-2004.公路桥涵养护规范[S].