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摘要：大跨径预应力混凝土连续刚构桥跨越能力强，在地形复杂地区被广泛采用，但由于桥梁材料、自然环境及车辆载荷等因素，在实际营运中连续刚构桥会出现不同程度的病害损伤。病害多集中在桥梁中跨，中跨的挠度变形相对较大；桥梁不同部位的裂缝，将会削弱主梁截面的刚度，导致桥梁整体下挠。脆性材料结构是裂缝生成的主要部位，此处若出现拉应力大于材料抗拉强度时，会在材料内部颗粒之间产生微裂纹之后，持续扩展为贯通裂缝。
关键词：预应力混凝土；连续刚构桥裂缝；加固
1工程概况
本桥为渝黔引入贵阳枢纽都拉营～关田货车线南明河特大桥,于15#～16#（HDK425+467.27～HDK425+547.27）上跨贵阳市南明河。位于曲线上；线路纵坡为11.6‰的下坡段上，桥上右侧设声屏障。
本连续梁与既有货车外绕线线间距为14.2～16.2m米，属邻近营业线施工，施工过程中严格按成都铁路局建设管理处【2015】187号文件组织施工。
2预应力混凝土连续刚构桥裂缝成因
2.1温度应力
预应力混凝土技术在施工中，水为主要的应用材料之一，其在施工中与各类骨料混合形成了混凝土材料，因此也具备一定的水特性。例如在热胀冷缩环境下，工程施工项目极易出现裂缝或结构碎裂现象。当前，在大跨预应力混凝土连续刚构桥的施工中，因温度应力产生的箱梁裂缝现象主要体现为：工程施工中由于凝结期间，外界自然温度变化波动较大。最终导致混凝土出现热胀冷缩现象，引发了不良裂缝现象出现，如图1所示。
图1 温度应力引起的热胀冷缩裂缝
2.2混凝土收缩
混凝土材料在施工应用中存在一定的收缩现象，稳定的结构收缩现象提升了混凝土的强度及性能。但在外界环境温度较高的情况下，其收缩速率较快造成水蒸气快速蒸发，使得其收缩加快，并且由于养护不及时，最终引起混凝土的结构裂缝现象。当前，在大跨预应力混凝土连续刚构桥施工中，因混凝土收缩引起的裂缝现象较多，混凝土收缩裂缝不仅造成其结构强度下降，并且造成了施工面的水平度以及垂直度均出现问题，对于工程后期的施工及应用造成了极大的影响。
2.3剪力应力
预应力混凝土连续刚构桥在施工中，为提升工程的稳定性并且增强工程的应用强度，各箱梁体之间形成了一定的剪力效果。实际施工中为保障剪力效果的合理性，工程设计人员首先应针对各剪力应力进行计算，以此保障剪力效果的合理施加。施工中出现剪力应力造成的裂缝现象，主要原因为设计人员未切实地进行施工试验，最终导致在数据核算的过程中，数据的准确性和完整性方面存在一定的误差，最终引发了因剪力施加不合理出现的结构裂缝现象，如图2所示。
图2 剪力应力造成的箱梁腹板裂缝
2.4设计原因
工程设计是工程施工的核心，良好地设计保障了工程的稳定施工以及应用效果的合格性。当前，在大跨预应力混凝土连续刚构桥的施工中，因设计原因造成的箱梁裂缝现象也较为常见。设计原因造成的裂缝现象主要体现为：工程设计人员未有效进行各施工材料荷载系数以及工地地质现状的勘察。最终造成在工程设计中设计质量不符合工地要求，最终因地质沉降、工艺设计等原因引发了工程裂缝现象，具体裂缝原因及占比如表1所示。
表1 混凝土连续刚构桥箱梁裂缝常见原因及占比
3预应力混凝土连续刚构桥裂缝加固
3.1受力状况分析
由于中跨四分点位置剪应力较大，剪切裂缝的腹板裂缝表现最为突出，表现为里裂缝长度长，宽度大，从中跨四分点处向跨中发展，此裂缝削弱了主梁刚构，导致主梁下挠。采用黏贴钢板的方式增大截面刚度或施加预压应力，可以实现加固桥梁的效应。为了对比分析不同加固方案的加固效果，可对不同位置处施加预应力钢束法，再做进一步分析。按照箱梁截面体外力不同的布置方式，分别对利用顶板体外预应力钢束、利用底板体外预应力钢束、加顶底板钢束及不加钢束4种不同方案分类研究。以上4种方案使用的钢束预应力都为930MPa，通过数值模拟可了解在不同位置施加预应力后截面抗弯承载力、最大正应力和最大主拉应力值的大小关系，分析各类方案的优劣。
3.2裂缝加固
3.2.1应力控制
在大跨度预应力连续刚构桥施工的过程中，桥梁结构受力情况和工程设计的一致性是施工控制的要点之一，其直接关系着桥梁工程的整体质量。因此在整个桥梁工程施工中，施工单位要桥梁结构的真实应力状态进行实时动态监测，通过一定的计算和比较精确的掌握实际应力和理论应力之间的差异。一旦二者的差值超过了允许的范围，施工范围必须及时停止施工活动，对产生这种现象的原因进行分析，适时做出调整，保障应力差维持在合理的范围内。在大跨度预应力连续刚构桥施工中，针对桥梁结构应力控制的难度较高，很容易因控制不当导致桥梁结构遭到破坏，因此施工单位必须专注于应力控制精度的提高，避免出现纰漏，如此才能将桥梁结构的应力和线形变化控制在允许范围内，保障桥梁结构性能的完整性。
3.2.2注重施工温度管控及养护
混凝土施工因温度原因及养护原因造成的裂缝现象，是其材料应用的物理特征之一。在大跨预应力混凝土连续刚构桥的施工中，为有效地避免工程施工中出现裂缝现象。工程施工人员应注重施工温度管控，具体可通过混合水温调节以及落实工程养护的手段进行施工。日常养护中可通过定期喷洒水，并对其表面进行草帘覆盖的方式进行养护，以此确保工程性能的稳定提升
3.2.3落实混凝土材料检测
混凝土作为大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁施工的主要应用材料，因其材料质量不合格造成的裂缝现象较为多见。为合理控制裂缝，并且保
（下转第31页）障工程的施工质量。工程施工之前，采购人员及工程设计研究人员，应针对采购材料的性能进行测试。具体落实中可通过静载测试、强度测试、变形测试的作业项目进行落实，最终达到保障材料的应用效果，提升工程施工质量。
3.2.4加强设计方案优化及模拟测试
大跨预应力混凝土连续刚构桥在施工中涉及的施工区域范围较大，并且后期在应用中产生的影响也较大，工程施工成本投资方面也较高。因此，如工程出现施工事故，造成的不良影响也较大。因此，在大跨预应力混凝土连续刚构桥工程施工之前，为有效地规避后期出现箱梁裂缝现象，工程设计人员应注重设计方案的优化和模拟测试。具体落实中可通过三维有限元软件模拟测试的方式，进行设计效果的分析评估。以此优化工程施工效果，并且增强工程的应用质量。
结语
大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝对于工程的应用效果及施工质量造成了极大的影响。后期在施工中为有效提升工程质量，加强施工温度管控，落实应用材料检测以及加强工艺优化的方式进行发展。以此确保工程应用中的结构稳定性，并且提升工程的使用寿命。
参考文献
[1]陈玉明，吴华军，崔军，等.预应力混凝土连续梁裂缝成因分析[J].交通建设与管理，2014（5）：108-109，112.
论文作者:何佳威
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/26
标签：裂缝论文; 预应力论文; 混凝土论文; 应力论文; 工程论文; 现象论文; 剪力论文; 《防护工程》2018年第24期论文;