预应力混凝土空心板病害成因分析及对策

　文章编号:0451-0712(2008)07-0175-04 中图分类号:U445.71 文献标识码:B

30m预应力混凝土空心板

病害成因分析及对策

蒲广宁1,3,饶　中2,孟屯良3,丁学良3

(1.长安大学公路学院　西安市　710064; 2.广东清连公路发展有限公司　清远市　511515;

3.中交通力公路勘察设计工程公司　西安市　710075)

摘　要:30m无粘结预应力混凝土大空心板,在运营过程中结构出现了严重病害,尤其是裂缝问题,影响桥梁正常使用。根据实际工程对空心板结构病害进行了归纳和总结,分析了病害产生的原因,并提出维修、加固方案。

关键词:预应力混凝土空心板;病害;裂缝;成因分析;处置对策

预应力混凝土板式结构构造简单、受力明确,是公路桥梁中量大、面广的常用桥型。预应力混凝土空心板往往在预制场中形成规模施工,因而在一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中,尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上,得到了广泛应用。然而,由于20世纪90年代强调结构轻型化,空心板的壁厚被过度削减,特别是跨径30m的预应力混凝土空心板梁,顶板、底板、腹板厚度仅为10～15cm,梁高仅为1.30m,由于结构截面太大的挖空率和较小的梁高,导致主梁刚度较小,活载作用下梁体变形较大,冲击作用明显。梁体多处产生开裂,严重影响了桥梁的使用功能。

国内关于钢筋混凝土及预应力混凝土空心板桥开裂损伤病害分析及维修加固的文章较多,但主要都是针对常用的跨径为13～20m的空心板桥的损伤和病害,加固也多采用桥面增厚的加固方法。本文研究的对象是跨径为30m的后张预应力混凝土空心板桥,其截面挖空率较一般20m以下空心板梁大,箱梁效应突出,应用中出现的问题也更多。文中针对广东省清远市国道107线清远～连州一级公路改造项目,桥梁需加固的30m无粘结预应力混凝土空心板梁桥,开展了详细的病害调查和成因分析,并提出了维修加固方案。

1　工程概况

广东省清远市国道107线清远～连州一级公路改造(高速)项目,桥梁加固AQ合同段承担的任务中,有3座桥梁采用了30m跨径的无粘结预应力混凝土大空心板结构:孔跨布置,千斤洞大桥为12×20m +2×30m,新村大桥为4×30m+3×20m,青草Ⅱ桥为3×30m,共双幅9跨,3座桥合计144片梁。

30m无粘结预应力混凝土大空心板单板宽为150cm,梁高为130cm,底板厚度跨中为10cm,梁端2m范围内加厚至20cm,腹板厚度10cm,顶板厚度11～15cm,采用O15.24钢绞线,钢绞线间距为7.8cm,每片梁布置18根,直线通长布设,无弯起,单根张拉锚固于梁端底板。单梁横断面见图1所示

。

单位:cm

图1　单梁横断面

每跨横向8片梁,梁间采用14cm高度的浅铰缝联接,铺装层设计厚度为8cm。横断面见图2所示。

收稿日期:2008-05-31

　公路　2008年7月　第7期 HI G H W AY　J ul.2008　N o.7　

单位:cm

图2　空心板桥横截面布置示意

2　主要病害特征及成因分析

2007年,针对3座跨径30m 的无粘结预应力混

凝土空心板桥进行了详细的外观检测,检测结果表明,桥梁主要病害表现为桥面系铺装层纵向开裂、铺装层局部破损以及空心板梁的开裂损伤。支座和下部结构无明显病害。2.1　主要病害特征

3座板桥病害特征比较相近,主要病害表现如下。

(1)桥面板纵向裂缝。

桥面板沿梁板接缝间隙位置,出现间断或不间断的纵向裂缝,跨中至四分点位置附近裂缝比较严重,裂缝间隙较大,局部甚至出现混凝土碎裂现象,从而造成桥面防水层损坏,梁体铰缝渗漏严重,横向连接失效,单梁受力现象比较明显。典型病害特征见图3、图4所示

。

图3　桥面板纵向裂缝(1)

(2)梁体纵向裂缝。

检测发现,相当部分梁体梁端至L /4范围内,顶板与腹板相接处出现纵向裂缝,裂缝宽度在0.05～2m m 不等,最大长度近10m,个别已沿角隅处贯通。从裂缝分布特征来看,内部裂缝较外部严重。部分梁体顶板、底板出现纵向裂缝。典型病害特征见图5、图6

所示。

图4　桥面板纵向裂缝(2)

图5　梁体纵向裂缝(1)

图6　梁体纵向裂缝(2)

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(3)腹板斜裂缝。

腹板斜裂缝位于梁端靠近支点附近,多与梁板成45°左右夹角,个别斜向延伸至底板,在腹板底部与底板结合处纵向发展,或向上延伸至顶板,与腹板顶板间的纵向裂缝连通,部分裂缝伴有渗水泛碱现象。裂缝宽度在0.1～ 1.0mm 之间。典型病害特征见图7、图8所示

。

图7　梁体支点附近斜裂缝(1

)

图8　梁体支点附近斜裂缝(2)

(4)局部截面尺寸不符合设计要求。

经过现场检测,发现部分板梁腹板尺寸和顶板尺寸偏小,不满足设计要求,甚至出现局部钢筋外露

锈蚀。典型病害特征见图9、图10所示。2.2　病害成因分析

经过对原结构的详细检测和结构分析,总结了造成桥梁病害的主要原因有以下几点。

(1)主梁刚度不足,桥面整体化层太弱。30m 跨径的空心板梁由于截面太大的挖空率和较小的梁高,导致主梁刚度较小,活载作用下梁体变形较大,冲击作用明显(目前此类桥梁在我国已较少采用)。

由于桥面整体化层较薄(仅8cm ),活载作用下较大

图9　腹板病害:厚度不足,厚度6cm

图10　顶板病害:厚度不足,厚度6cm

的冲击作用使得脆弱的整体化层早期断裂,出现纵

向裂缝,形成单板受力,主梁承载安全度下降,重车作用下甚至会出现承载力或应力储备不足,造成梁体开裂等。

(2)腹板厚度太薄,抗剪钢筋不足,造成支点附近剪应力过大,形成斜45°的剪切裂缝。外观检测可见,空心板梁支点附近斜45°裂缝属于普遍现象,结构验算结果也表明,主梁抗剪承载力不足,在超载因素及整体化层破坏后形成单板受力,梁体受力状况更加恶化,这是支点斜裂缝产生的主要原因。

(3)截面尺寸偏小,预应力效应突出,由于泊松比效应和预应力变形对构件产生的反向作用力影响,造成结构纵向开裂。研究表明,按照匀质截面计算得到的横向拉应变远小于实际发生值,实际发生值约为理论计算值的1倍以上。这表明在厚度仅10cm 左右的底板内设置后张预应力束,预应力束附近混凝土横向拉应变的局部效应非常明显,而且试验研究发现,底板上下表面横向应力也有差异,底板下表面横向拉应变约为底板上表面横向拉应变的

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177—　2008年　第7期 蒲广宁等:30m 预应力混凝土空心板病害成因分析及对策