陆永忠 沈 芬

(1.平湖市华舟建设有限公司，浙江 平湖 314200； 2.安吉路信交通建设管理有限公司，浙江 安吉 313399)

单箱单室变截面连续箱梁病害分析及理论计算

陆永忠1沈 芬2

(1.平湖市华舟建设有限公司，浙江 平湖 314200； 2.安吉路信交通建设管理有限公司，浙江 安吉 313399)

结合某桥预应力变截面连续桥梁实例，对箱梁顶板出现的纵向裂缝及底板顶面出现的横向裂缝进行了分析探讨，并结合理论计算模拟了桥梁运营过程中各工况下桥梁的受力状态，为桥梁的安全运营提供了保障。

连续箱梁，病害，裂缝，应力

1 工程概况

某大桥引桥采用3跨(80+84+50)m预应力变截面连续箱梁，桥梁截面为单箱单室斜腹板箱形截面，箱梁顶板宽18.45 m，悬臂板长4.35 m，底板宽8.75 m；截面尺寸：顶板厚30 cm，底板厚33 cm～77 cm；腹板厚40 cm～90 cm。

2 主要病害

根据现场检测连续箱梁的主要病害为：1)箱梁底板顶面出现横向贯通裂缝，裂缝的宽度和深度均较大，最大缝宽达2 mm；2)腹板外表面产生较多竖向和斜向混合裂缝，严重的裂缝穿过腹板全高，最大缝宽0.4 mm；3)箱梁顶板顶面产生许多顺桥向纵向裂缝，裂缝在全桥顶板底面均有分布，最大缝宽1.5 mm。

3 理论计算及分析

3.1 底板顶面横向裂缝分析

考虑到施工误差，按极端情况时预应力波纹管落到了普通钢筋顶面的情况，将底板束钢束重心按距底缘10 cm考虑，由于该桥箱梁底板顶面纵向普通钢筋偏小，为φ12@15，如果由于偏心距过大在箱梁底板产生局部弯曲效应，导致底板顶面压应力储备减小甚至反向产生拉应力，则在汽车荷载等外部消压荷载作用下可能导致底板顶面先行开裂。底板应力定性分析示意图如图1所示。

张拉预应力时，由于底板束偏心，底板压应力储备在整体作用的基础上附加一个局部的偏心弯矩，该弯矩使底板压应力图形绕底板中心发生偏转，导致上缘压应力储备减小而同时下缘压应力增大，所以底板压应力储备的最终结果是一个正梯形，且斜边的斜率较大，而汽车荷载等大多后期作用对底板的消压都是整体作用，即运营期间荷载作用下箱梁总是绕整个截面的中性轴转动，将两个梯形相加后，可以看出此时底缘还有一定的压应力储备而顶缘已经消压，当外荷载进一步增加时，在底缘压应力储备足够的情况下，可能导致底板顶面先行开裂，且底板顶面处于拉压应变的交互作用下，会由于疲劳作用不断开展。

底板束距底缘10 cm即相对底板偏心6.5 cm时，钢束一次效应的纵向正应力结果见图2。

计算结果表明，箱梁等高段在预应力底板束偏心作用下的局部效应只在距离锚固位置大约1倍～1.5倍梁高范围内有所表现，在远离锚固位置处的梁端底板上，并不存在预应力钢束偏心过大带来的局部弯曲效应，只有整体弯矩和轴力作用。而本工程的横向裂缝并不发生在底板束锚固位置附近，反倒是在底板束长度中间位置分布较多，所以由于底板束局部偏心过大，导致底板上拱开裂的可能性不大。

经过详细的局部及整体受力分析计算，在设计的结构状态下，有限的预应力底板束偏心、一定限度的超载(2倍车道荷载)都不能构成底板顶面开裂的主要原因。根据病害特征，结合计算分析结果，判断该裂缝属于施工期间形成的施工阶段受力裂缝，在后期运营荷载及收缩徐变等因素的综合作用下不断发展，形成目前的裂缝现状。

3.2 箱梁腹板斜线裂缝分析

整体计算结果表明，该桥腹板的抗剪承载力及斜截面抗裂能力能够满足设计要求以及一定程度的超载作用，但超载作用增大时，边跨靠近支点附近部分截面将出现斜截面抗裂不足的现象。但由于腹板裂缝的开展方向大都接近竖直方向，与主拉应力方向并不一致，所以，综合判断腹板裂缝为施工期间形成的施工阶段受力裂缝与后期运营超载作用形成的斜截面抗裂性不足而产生的受剪斜裂缝的混合裂缝。

3.3 箱梁顶板纵向裂缝分析

整体分析已经考虑了超载对于全桥整体抗裂性的影响，此处的轴重超重主要考虑轮压作用下对于顶板的局部效应。类似整体分析中的假定，取规范中的55 t标准车，但将轮压加大1倍考虑，其他各项参数均同标准车。

考虑自重、二期以及预应力和恒载内力的影响的组合作用下，箱梁顶板横向正应力分布见图3。

计算结果显示，在车轮荷载增加到设计轮压的2倍时，箱梁顶板底面将产生6.2 MPa的拉应力。如果车轮荷载继续增大，则该数值还将进一步增大。该拉应力有可能形成顶板底面的纵向微裂缝，该裂缝在汽车活载的反复作用下不断开展，最后形成可见裂缝。所以，轴重超重是顶板纵向裂缝形成的可能原因。

局部分析结果表明，箱梁顶板在设计荷载效应作用下的抗裂性满足规范要求，但考虑超载效应，当轮压增大到设计轮压的2倍时，箱梁顶板底面将产生较大的横向拉应力，在汽车荷载的反复作用下，可导致产生顶板底面的纵向裂缝。判断轴重超重是引起顶板底面纵向裂缝的主要原因。

4 结语

箱梁裂缝的产生受多种因素影响，包括桥梁设计阶段对交通流量的预估、结构形式的选择及结构富余量的考虑；施工阶段施工工序的把握和施工工艺的控制；桥梁运营期间超限超载车辆的管理等客观因素。因此，为了有效的控制今后预应力混凝土连续箱梁病害的产生，应从设计、施工、运营管理等多方面管理，确保桥梁运营安全。

[1] 姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，1997:287-334.

[2] JTJ D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] 杜国华，毛昌时，司徒妙龄，等.桥梁结构分析[M].上海:同济大学出版社，1994:62-112.

[4] JTG TF50—2011,公路桥涵施工技术规范[S].

On disease analysis of continuous box girder of single-cell and single-box variable cross-section

Lu Yongzhong1Shen Fen2

(1.HuazhouConstructionCo.,LtdofPinghuCity,Pinghu314200,China;2.AnjiLuxinTransportationConstructionManagementCo.,Ltd,Anji313399,China)

Combining with the prestressed variable cross-section beam of some bridge, the paper explores the longitude cracks at the box girder roofs and lateral cracks on bottom roofs, and simulates the stressed status of the bridges under all kinds of conditions in the bridge operation process, so as to provide some guarantee for the safe operation of bridges.

continuous box girder, disease, crack, stress

2015-05-25

陆永忠(1981- )，男，工程师； 沈 芬(1979- )，女，工程师

1009-6825(2015)22-0165-02

U445.71

A