现浇预应力混凝土盖梁裂缝原因分析


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现浇预应力混凝土盖梁裂缝原因分析

作者：佚名点击数：更新时

间：2007-12-20 【字体：小大】

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摘要：本文简要介绍引起盖梁开裂的原因，并阐述在类似的结构设计中应注意的问题。
0前言
预应力作为土木工程中的一项高新技术，在我国建筑行业已得到广泛的采用并得到了长足发展。尤其近年在桥梁工程中，预应力混凝土结构及预应力技术普遍。笔者在总结多年桥梁施工经验，对多条高速公路预应力混凝土构件使用的调查中发现，桥梁结构在施工中或投入使用后，部分构件会出现各种不同形式的裂缝。分析认为，产生裂缝的原因很复杂。有外界因素：如温度、湿度、侵蚀、荷载作用的影响，尤其是荷载的大小、持续时间和重复的次数等因素影响更大；有内部因素：原材料的物理力学性质、钢筋的种类、直径、根数及布置方式、混凝土的配合比、混凝土构件的施工质量、养生条件、抗侵蚀性等因素的影响。笔者通过某桥预应力混凝土盖梁施工中产生的裂缝进行分析，并总结出预防裂缝产生的几点经验,供同行们参考。
1工程概况
2003年8月正在施工中的某高架桥预应力盖梁，在预应力筋张拉完成后，对脱模的盖梁进行孔道灌浆时，在该盖梁的跨中底部Sa4预应力筋部位，有长约0.6m混凝土脱落。事故发生后，施工单位随即对两个同类型尚未进行灌浆的盖梁进行脱模检查，发现梁底跨中均现纵向裂缝，宽度0.3㎜以上，长度1.0m左右。
为解决桥面横向排水，盖梁采用双坡形式，用结构实现桥面2%的横向坡，预应力盖梁设计立面及剖面图见图a。从图a可以看出，盖梁底采用跨中双向拱起，柱间盖梁是等截面的，梁底抬高172㎜，这种断面对支模和钢筋绑扎很方便，便于工人作业。盖梁中共配有7组高强低松弛钢绞线（1×7φ15.20型钢绞线，强度等级为1860Mpa，Q=0.75Rby），锚具采用ovml5-7型，孔道采用预设60波纹管。预应力筋在梁内按双排，每排三根，第三排一根放于中间。预应力筋预设的波纹管紧挨梁底箍筋，在盖梁等截面3/4区段内波纹管平行于梁底，最下排波纹管中心距梁底仅有72㎜，保护层仅剩32㎜。
盖梁纵向构造钢筋为φ12＠150㎜，沿剖面周边布置，盖梁箍筋为φ10＠150㎜。为了方便施工操作，经设计代表同意，将双肢封闭式箍筋改为双肢开口式箍筋。将开口箍筋两端头加工成50㎜长的直角弯钩，用直角弯钩钩住梁底纵向钢筋及底部水平箍筋。施工时，安设波纹管后，再自梁顶插下双肢开口式箍筋。盖梁跨中截面配筋示意图见图b，预应力筋排序编号图见图c。
2裂缝原因分析
从施工图纸及施工过程分析，盖梁施加预应力后盖梁底出现裂缝的影响因素主要有：
2.1预应力筋张拉产生的竖向力的影响
现浇预应力盖梁采用跨中变坡结构满足桥面2%横坡需要，预应力筋在两柱间由直线变折线，预应力筋张拉时，势必向盖梁底变坡点及相邻处混凝土施加竖向力。该盖梁梁底跨中段设计有7组这种形状的预应力配置筋，其中3组预应力筋（①、②、③）贴近梁底，在这一排预应力筋上面又有同样三组预应力筋（④、⑤、⑥），当各组预应力筋全部张拉后，每组预应力筋在曲线内侧都产生向下的压力。如果预应力筋以下的梁底板水泥混凝土及配筋形成的强度不能抵抗预应力筋张拉时产生的向下的竖向力，势必在盖梁底板相应的位置产生纵向裂缝。
2.2波纹管裂缝的影响
预应力筋张拉时，对盖梁底面施以竖向力，有的已产生裂缝，同时可能造成波纹管靠盖梁底面一侧的破损，造成波纹管漏浆，孔道注浆时由于水泥浆的压力，继续对盖梁底板水泥混凝土产生压力，势必加大了水泥混凝土脱落面积或增大裂缝长度与宽度。

2.3水泥混凝土收缩的影响
预应力波纹管的保护层偏薄，由于盖梁配筋结构的内约束，包括底板截面的不均匀收缩和波纹管对水泥混凝土收缩的约束作用，导致产生较大的混凝土收缩应力，当这种收缩应力超过了当时底板混凝土的强度，便会沿预应力筋下方出现长度不等的纵向裂缝。这种裂缝一般都比较微小。
2.4混凝土保护层偏薄的影响
从图b可知，最下层波纹管中心至盖梁底为72㎜，扣除波纹管和箍筋尺寸，混凝土保护层只有32㎜，满足不了规范50㎜要求。
2.5梁底横向配筋偏少
施工时，为了施工作业方便，将双肢封闭式箍筋改为双肢开口式箍筋，虽然在施工时设置了横向筋，但受力状况减弱，且数量不足，也是盖梁底面产生纵向裂缝的原因之一。
3预防措施
提高预应力筋波纹管保护层的厚度，一般不应小于50㎜；合理增设底板构造钢筋的数量，缩小间距，满足抵抗预应力筋张拉时产生破坏力的要求；改善水泥混凝土级配，降低混凝土收缩变形，包括水泥用量、水灰比、外加剂等；预应力筋安放位置要考虑实际受力状况，位置不合理会产生意想不到的后果。
4结论
笔者认为，在类似的结构设计中，要注意在不同的结构部位选用合理预应力筋布设线型。上述盖梁设计中，采用跨中变坡结构满足桥面2%横坡需要，预应力筋在两柱间由直线变上凸折线，是造成梁底水泥混凝土裂缝或混凝土脱落的主要原因；预应力筋孔道位置不当，致使水泥混凝土保护层厚度偏薄，是造成梁底水泥混凝土脱落的又一重要原因。当变更设计时，要考虑变更后受力状况的变化，如果受力状况变弱，应采取相应措施进行弥补。
参考文献：
1公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）
2蒋泽汉预应力混凝土实用施工技术2000 四川科学技术出版社