箱涵裂缝计算及加固

箱涵裂缝计算及加固
摘要:某输水工程采用3孔3.5m×3.5m有压箱涵，施工完后在洞身出现纵向裂缝，本文采用平面杆系结构力学分析方法及ansys有限元整体分析方法对开裂前后结构内力状态进行分析，进而提出有效的加固处理方法。

关键词：箱涵；裂缝；有限元；加固处理
1 工程概况
某输水工程采用3孔3.5m×3.5m有压箱涵，由于夏季施工没有注意温控与混凝土养护，加之混凝土中采用的外掺剂磨细矿渣本身具有很大的早期收缩性，造成2节箱涵开裂，根据混凝土结构质量缺陷评定标准，评定纵缝为Ⅲ类质量缺陷，即对结构安全、运行、外观有影响，需进行加固、补强。

2计算分析
现采用平面杆系内力分析方法和ansys有限元整体三维建模分析方法对开裂前后箱涵结构的弯矩及应力进行分析，为加固处理提供依据。

图1 开裂前结构弯矩图
图2 开裂后结构弯矩图
由上述图1～图2计算结果可知，纵向裂缝出现后，箱涵结构内力增加较大，最大变化幅度甚至超过了300%，对箱涵结构是不安全的，需进行补强加固处理。

在对开裂前后箱涵内力进行对比的基础上，采用大型有限元分析软件ANSYS，对顶板开裂较为严重的箱涵进行三维数值模拟仿真计算，进一步分析开裂前后箱涵结构整体的应力分布变化。

本次计算采用solid65单元模拟钢筋混凝土结构，此种单元包含混凝土的材料参数，用solid45单元模拟地基和填土。

结构开裂前采用整体式钢筋模型，即直接利用solid65单元提供的实参数建立钢筋模型，开裂后裂缝处混凝土退出工作，采用分离式钢筋模型，即用杆单元模拟钢筋，钢筋与混凝土共用节点。

开裂后箱涵第一主应力计算结果见图3 所示。

图3开裂后箱涵第一主应力
开裂后各控制点的第一主应力值相比开裂前有所增大，箱涵顶板裂缝附近控制点应力增加较大，为防止裂缝进一步的扩展，应该采取适当加固措施。

3加固处理
混凝土结构加固处理方法很多，常见的有预应力法、黏贴玻璃钢法和增加断面法。

预应力法主要适用于影响建筑物整体受力或强度不足而开裂部位的补强加固。

预应力钢束或钢丝必须除锈处理，预应力方向应与裂缝面垂直。

粘贴玻璃钢法：粘贴碳纤维布适用于梁、板等构件补强加固，施工环境温度宜为10℃～25℃，混凝土表面应清刷干净保持干燥。

粘贴玻璃钢基底，用树脂腻料找平，玻璃丝必须除蜡，粘贴层不宜小于3层，干燥养护不少于3天。

粘贴碳纤维布必须用专用胶，基底用专用底胶找平，严格按《粘贴碳纤维布加固修补技术规程》实施。

增加断面法主要适用于涵管、柱、墩等补强加固，增加的断面，不应影响建筑物过流能力。

补强材料可选高于母体强度的水泥混凝土和聚合物混凝土，处理面应凿毛、冲洗干净，刷界面处理剂，并设置长度大于15倍锚筋直径，间距为30～10cm的锚筋。

由上述可知，由于出现纵向裂缝的箱涵尚未进行土方回填，因此本次纵向裂缝处理的选择增加断面法，即满足了结构安全要求，又不影响过流能力。

参考文献：
[1]《水工混凝土结构设计规范》SL191-2008，中华人民共和国水利部，
2008.11。

[2] 《ANSYS有限元分析手册》，ANSYS中国开发团队，2002.03。