摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。以某互通立交桥连续箱梁为研究对象，针对箱梁边跨梁端腹板开裂的现象，采用经过验证的3D实体有限元仿真模型，对代表联4×30m连续箱梁进行从施工到成桥的全过程受力状态分析，对箱梁混凝土进行开裂模拟。本文就现浇预应力混凝土连续箱梁开裂分析及其影响因素展开探讨。
关键词：预应力混凝土；开裂模拟；连续箱梁
1工程概况
某高速公路互通立交桥梁采用3~4跨一联的等高度现浇预应力混凝土连续箱梁、双柱式桥墩。上部箱梁按A类预应力混凝土结构设计，施工方法采用满堂支架现浇施工。该桥建设过程中，为压缩建设周期、加快施工进度，施工时将部分腹板预应力钢束锚固位置由原设计的箱梁端部改移至顶板上。该桥建成后现场检查发现，部分连续箱梁梁端附近区域的腹板、底板均出现多条裂缝。裂缝型式以腹板裂缝为主，主要分布在距离过渡墩端部0~6m内，裂缝宽度为0.05~0.10mm，裂缝方向以斜向、竖向裂缝为主，并伴随一定的杂乱裂缝。为查明箱梁混凝土裂缝成因，本文选取该桥开裂明显的左幅十二联4×30m连续箱梁作为分析对象，分别采用ANSYS大型通用有限元软件及MIDAS桥梁专业分析软件，建立3D空间实体有限元仿真模型及空间梁单元模型，详细分析箱梁从施工至成桥运营全过程的受力状态，合理确定裂缝的成因。
2混凝土开裂模拟
模拟混凝土的非线性开裂分析中，对于裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型。后者目前尚处研究之中，工程应用主要是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。就本文箱梁混凝土实体模型而言，可考虑分离式模型（SOLID65+LINK8）。该模型认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟；也可采用分布式模型（即带筋的SOLID65），其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。本次分析采用分布裂缝模型。混凝土开裂分析涉及钢筋混凝土材料非线性本构关系，模型采用GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中推荐的应力-应变关系曲线。本桥箱梁混凝土开裂分析分2个阶段进行，即最不利的施工阶段及运营阶段。施工阶段箱梁腹板主拉应力峰值出现在CS2阶段，即腹板钢束张拉完毕时。因此，施工阶段的箱梁开裂模拟主要针对CS2进行。在该阶段下，箱梁边跨腹板的主拉应力分布见图1。从图1可见，除预应力锚固区局部应力集中外，腹板局部最大主拉应力超过2.0MPa。箱梁端部裂缝模拟分布见图2。从图2可见，在CS2施工阶段，边跨箱梁腹板有较大范围的裂缝出现，裂缝分布范围与腹板束起弯段位置基本一致，且外腹板的裂缝较中腹板显著，这与该阶段的腹板主拉应力大小及其分布、现场箱梁的实际开裂情况是基本吻合的。运营阶段荷载最不利组合的选取，以边跨梁体开裂位置处的主拉应力最不利工况为主。根据应力分析结果，运营阶段最不利荷载工况为“恒载+移动活载+梯度升温”的不利组合。运营阶段最不利组合工况下箱梁边跨腹板的主拉应力分布见图3。从图3可见，除预应力锚固区局部应力集中外，腹板局部最大主拉应力约为1.0MPa。边跨箱梁裂缝模拟分布见图4。从图4可见，在运营阶段，边跨箱梁内部仅存在零星裂缝，基本位于钢束锚固端附近区域，主要是局部集中应力引起的局部裂缝。
3支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工技术控制探析
（1）现浇箱梁施工工艺。首先是对地基进行处理，然后搭设地面和水中满堂支架，预压支架施工，再开展底模和侧模施工、底板与腹板钢筋绑扎，预应力钢绞线全部铺设之后需要完善箱梁内模制作，再开展第一次硂浇筑，之后再全部拆除腹板内模。空箱顶模支护结束之后，需要对顶板钢筋进行绑扎。等到预应力钢绞线铺设结束之后再开展第二次硂浇筑，确保混凝土施工强度满足施工要求之后开展预应力钢绞线压浆与张拉施工。（2）支架施工。在预压之前需要对底模布设管测定，可以在相同的一个孔中布设观测点，在预压过程中要对支架顶沉降值进行观测。在对应底模测点支架基础上设置观测点，然后对相关数据进行对比，掌握支架变形情况。施工技术人员对钢管桩插打位置进行测量控制，合理应用导向架、全站仪，通过前方交汇法对钢管桩倾斜度与平面位置进行控制，需要平面位置偏差进行控制，保持在±10以内，倾斜度在1%以内。
结语
总之，预应力混凝土连续箱梁施工工序较多，尤其是混凝土施工，难度较大，一旦施工技术和质量控制不到位，直接影响到整个高速公路工程的进度。结果表明，腹板预应力钢束锚固位置的变更导致在施工短暂工况下腹板主拉应力过大是箱梁开裂的主要原因。进一步对箱梁开裂的影响因素分析表明，腹板预应力钢束锚固位置及锚固槽口间距是控制梁端腹板主拉应力的关键因素，在今后设计中应予以重视。
参考文献：
[1]齐开云.支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工技术研究[J].江苏科技信息,2016(13):54-55.
[2]刘锦香.关于支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术的研究[J].江西建材,2015(15):124-124.
论文作者:孙毅
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/15
标签：腹板论文; 裂缝论文; 预应力论文; 混凝土论文; 应力论文; 模型论文; 支架论文; 《工程管理前沿》2019年第9期论文;