預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T型梁梁端裂縫分析

趙 凱，姜 侃

（山東高速工程檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

1 工程概況

京臺高速一特大橋引橋上部結(jié)構(gòu)形式為多跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T型梁，橫向布設(shè)7片梁。采用橋面連續(xù)，根據(jù)橋梁縱坡及橋孔布置，橋面連續(xù)有7孔一聯(lián)、4孔一聯(lián)、3孔一聯(lián)、單孔四種。T型梁間距2.45 m，預(yù)制寬度1.85 m（邊梁為2.2 m），翼板間有0.6 m的濕接縫，馬蹄寬度0.45～0.6 m，每片梁設(shè)橫隔板7道，間距5.65 m。同翼板一樣橫隔板留有0.6 m的濕接縫。

2 裂縫調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，T型梁梁端翼緣板均存在斜裂縫，具體位置為：梁端翼緣板、腹板和橫隔板相交處至方形吊裝孔內(nèi)角處，部分裂縫向兩側(cè)延伸，斜向延伸至翼緣板外緣或豎向延伸至橫隔板，部分有滲白現(xiàn)象。該典型裂縫有以下特征：（1）幾乎所有T型梁均存在梁端斜裂縫，為通病。（2）斜裂縫出現(xiàn)位置均是翼緣板與橫隔板相交處至吊裝口內(nèi)角位置，此段長度約0.6 m左右，寬度在0.1～0.2 mm之間，延伸段裂縫寬度較細(xì)，大部分≤0.1 mm，即裂縫長度范圍內(nèi)中段寬度最大，兩側(cè)變細(xì)，可判段裂縫是由中部向兩側(cè)發(fā)展。（3）大部分裂縫的滲白是由吊裝孔封堵不密實(shí)導(dǎo)致雨水下滲造成的，而不是裂縫本身滲水，說明該裂縫并未豎向貫通翼緣板，為表面裂縫。（4）邊梁外側(cè)的斜裂縫相較于中梁更為嚴(yán)重，裂縫寬度達(dá)到0.3 mm，縱向延伸至梁體端部，在端部位置裂縫由端部向內(nèi)側(cè)發(fā)展，在雨水侵蝕作用下局部銹脹露筋，說明裂縫深度超過保護(hù)層厚度；少數(shù)裂縫存在發(fā)展跡象，裂縫局部有掉渣現(xiàn)象，且掉渣面較新。

3 裂縫分析

3.1 有限元模型分析

T型梁在張拉預(yù)應(yīng)力過程中，梁端腹板，翼緣板及橫隔板三者出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形，即在張拉預(yù)應(yīng)力時，腹板在預(yù)應(yīng)力的軸壓作用下發(fā)生壓縮變形，此時橫隔板與翼緣板對腹板的變形起到約束作用，造成翼緣板薄弱截面拉應(yīng)力較大；若在混凝土強(qiáng)度較低時張拉預(yù)應(yīng)力，容易導(dǎo)致該截面拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，從而出現(xiàn)裂縫。為此采用有限元模型進(jìn)行模擬分析，材料特性均按照設(shè)計參數(shù)取值，不再贅述。整體模型見圖1、圖2。

圖1 整體模型

圖2 預(yù)應(yīng)力束模型

對張拉預(yù)應(yīng)力過程進(jìn)行模擬分析，在翼緣板與橫隔板相交處與吊裝孔內(nèi)邊角區(qū)域以及橫隔板與腹板相交叉處的主拉應(yīng)力要大于其他位置，說明該區(qū)域出現(xiàn)裂縫的可能性較大。梁端細(xì)部模型見圖3、圖4。

圖3 梁端細(xì)部模型

圖4 梁端細(xì)部模型

從主拉應(yīng)力數(shù)值來看，吊裝口至橫隔板區(qū)域最大主拉應(yīng)力達(dá)到1.3 MPa，橫隔板與腹板相交位置主拉應(yīng)力最大為1.4 MPa，而C50混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為1.89 MPa，兩者比較接近，若在張拉預(yù)應(yīng)力時混凝土強(qiáng)度偏低時必然會造成裂縫出現(xiàn)。

3.2 結(jié)構(gòu)分析

該T型梁連續(xù)段梁端上部設(shè)置有橋面連續(xù)預(yù)留槽，預(yù)留槽長度為110 cm，深度為15 cm，在預(yù)留槽位置翼緣板最小厚度僅為8 cm，而且施工單位在預(yù)留槽附近設(shè)置了吊裝孔，且吊裝孔附近混凝土澆筑時不易振動均勻，造成此部位有效截面較為薄弱。

3.3 運(yùn)營階段分析

經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，該橋伸縮縫位置蓋梁有大量碎石堆積，造成聯(lián)間縱向伸縮限制，在夏季高溫天氣下，主梁縱向伸縮受到限制，必然造成連續(xù)段翼緣板之間產(chǎn)生較大擠壓力，導(dǎo)致翼緣板與腹板之間產(chǎn)生較大剪應(yīng)力，嚴(yán)重時導(dǎo)致縱向或斜向裂縫，甚至開裂。

3.4 防治措施

（1）建議盡快清除伸縮縫位置碎石，保證梁體縱向自由伸縮。（2）對縫深小于保護(hù)層且無滲水腐蝕現(xiàn)象的一般裂縫進(jìn)行表面封閉處理。（3）對于裂縫深度大于保護(hù)層且伴有滲水腐蝕現(xiàn)象的裂縫，必須鑿除疏松、腐蝕的劣化混凝土，若鋼筋銹蝕需進(jìn)行除銹，之后用阻銹砂漿將結(jié)構(gòu)修補(bǔ)平整。

4 結(jié)語

（1）梁端頂部設(shè)置的預(yù)留槽與吊裝孔造成翼緣板局部截面較為薄弱，在預(yù)應(yīng)力張拉過程中造成該截面拉應(yīng)力較大，接近C50混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度較低時張拉預(yù)應(yīng)力極易導(dǎo)致斜裂縫出現(xiàn)。（2）在運(yùn)營階段，由于伸縮縫位置碎石堆積限制梁體縱向變形，翼緣板之間的相互擠壓力導(dǎo)致梁端翼緣根部裂縫出現(xiàn)，并加劇了斜裂縫的發(fā)展，尤其是邊梁外側(cè)翼緣板與根部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的縱向、斜向裂縫，并有持續(xù)發(fā)展的跡象。