一、问题的提出
随着国家基础设施建设的快速发展,变截面预应力混凝土连续刚构桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等特点,已成为公路建设中最主要的桥型之一。但随着预应力连续刚构桥的大量涌现,特别是大跨度预应力连续刚构桥的大量修建,亦暴露了一些问题。其中以跨中挠度越来越大及混凝土结构开裂问题较为突出,引起工程界的怀疑并导致对预应力连续刚构桥应用的不放心,进而影响其在公路工程建设中的进一步推广。在90年代以后,为了克服主梁在运营期间跨中挠度越来越大,在设计中都增加了中跨底板预应力束数量,但是由于对跨中底板预应力束的作用效应认识不足,引发了一些工程问题,其中出现问题较多的是底板在预应力束张拉过程中出现裂缝或崩裂。某60.5m+110m+60.6m的单箱单室的预应力混凝土连续刚构桥,在中跨底板预应力钢束张拉后,发现跨中附近箱梁底板出现了平行于底板预应力束的长约4米纵向裂缝,预应力束下移。预应力束以下的普通钢筋混凝土与上层混凝土分离,纵向裂缝最大宽度3mm。
本文针对上述连续刚构桥底板纵向裂缝和底板混凝土向下崩裂的原因进行分析,并以一工程实例探讨在预应力束压浆后的处理方案,为工程技术人员提供一定的参考。
二、底板崩裂成因
结合一些连续刚构桥在修建过程中底板崩裂的问题,分别从设计和施工两方面分析原因。
1、设计方面原因
(1)连续刚构桥在设计时一般采用平面杆系有限元程序(如桥梁博士、GQJS、)进行计算,不能准确反映箱梁、中跨底板预应力束空间分布的效应;尤其底板的宽度较宽时,不能计入剪力滞和纵向预应力钢束分布不均效应,导致截面应力的理论值与实际值有较大出入,不能对底板裂纹的出现从理论上预警。
(2)对底板预应力束引起的径向力估计不足,主要表现在以下方面:
①在通常的设计中,忽略底板预应力束引起的径向力的计算;
②在设计中,底板预应力束通常为平顺的曲线,而在实际的施工过程中每个节段预应力束通过多段直线段来模拟曲线,在直线段的交点处导致应力集中;
③对底板预应力束的定位钢筋不够重视,有的设置较少,有的连接不牢固,容易脱落。
(3)对底板横桥向应力重视不够,有的可能没有进行局部受力分析,不能给底板上下层横向钢筋的设计提供理论指导。
(4)底板箍筋或勾筋等防崩钢筋直径偏小,数量偏少,且有的设计连接在底板上下层纵向钢筋上,没有与底板上下层纵横钢筋的交点处连接牢固,容易忽视底板防崩钢筋的应力计算,不能给防崩钢筋设计提供理论依据。
(5)底板预应力束过多,预应力偏大,是引起底板崩裂的主要原因之一。
2、施工方面原因
(1)由于底板预应力束主要分布在腹板附近,分布密集,容易与防崩钢筋冲突,导致少放甚至不放防崩钢筋。
(2)波纹管定位与设计有较大出入,出现折角点,引起应力集中。
(3)施工单位为了赶工期,未按照设计要求分批张拉底板预应力束,而是一次性张拉。
三、纵向预应力束引起的径向力、径向力纵桥向分布及箍筋应力简易计算公式