預應力混凝土T梁裂縫分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上預應力混凝土T梁裂縫分析摘要：貴州省遵義綏陽高速公路TJ4合同段4座大橋均為多跨25m先簡支后連續(xù)預應力T梁，在預制T梁的過程中，多片T梁腹板逐漸出現(xiàn)了裂縫。從T梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、材料配合比、溫度、基座沉降等方面分析裂縫產(chǎn)生的原因，有效解決了T梁腹板開裂問題，并提出了相應改進措施和建議。關(guān)鍵詞：T梁 豎向裂縫 環(huán)向裂縫 裂縫分析 一、 工程概況貴州省遵義綏陽高速公路TJ4合同段4座大橋上部結(jié)構(gòu)均采用了25m預應力混凝土先簡支后連續(xù)T梁，共有T梁570片。T梁的施工工藝均采用現(xiàn)場預制吊裝，簡支安裝后澆注墩頂現(xiàn)澆連續(xù)段，并張拉墩頂現(xiàn)澆段負彎矩區(qū)預應力鋼絞線，安裝永久支

2、座，拆除臨時支座，最后形成結(jié)構(gòu)連續(xù)，澆注橋面系，完成橋梁的施工。腹板厚度為20cm，T梁橫斷面結(jié)構(gòu)尺寸如圖1。T梁結(jié)構(gòu)采用的主要材料如下：預制T梁、現(xiàn)澆濕接縫、接頭、調(diào)平層均采用C55混凝土；鋼絞線采用低松馳高強度預應力鋼絞線符合GB/T52242003的規(guī)定，單根鋼絞線直徑15.24mm，鋼絞線面積A=140m2，強度級別為1860MPa，彈性模量為1.95×105MPa；普通鋼筋采用HRB335和IR235級；鋼板采用符合GB70088規(guī)定的Q235的鋼板；預應力錨具符合國標預應力筋用錨具、夾具、連接器（GB/T143702000）要求的OVM錨具及配套產(chǎn)品。圖1 T橫斷面結(jié)構(gòu)圖

3、（單位：mm）其中部分橋T梁在預制場拆模后，腹板出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。筆者從結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方面分析探討了裂縫產(chǎn)生的原因，解決了T梁腹板開裂，并提出改進措施和建議。二、梁體腹板裂縫概況T梁預制場設(shè)在路基上，現(xiàn)場設(shè)置24個混凝土預制臺座。在開始預制的100多片梁中，在預應力鋼絞線張拉后，除發(fā)現(xiàn)部分T梁略有側(cè)彎外未有裂縫產(chǎn)生。而在后來預制的T梁中，發(fā)現(xiàn)有5片T梁在拆模后，腹板上陸續(xù)出現(xiàn)裂縫并有所發(fā)展。T梁裂縫分布情況分為2種：為豎向裂縫僅分布在腹板上，未延伸到馬蹄或翼板；為豎向裂縫并環(huán)向貫通裂縫，延伸到馬蹄或者翼板。有2片梁拆模后隨即在腹板上出現(xiàn)豎向裂縫，有3片梁在T梁的腹板上發(fā)現(xiàn)有34條豎向裂縫，裂縫分

4、布在端橫隔板和中橫隔板之間，裂縫在豎向相互平行，最高裂至腹板和翼板交接處，并延伸至翼板底面；最低裂至馬蹄處，并通過馬蹄底面與腹板對面裂縫相接。取裂縫比較典型的1片梁進行測量，發(fā)現(xiàn)裂縫延伸到馬蹄的裂縫有4條，裂縫寬度0.1、0.22、0.2、0.14mm；其余腹板裂縫5條，裂縫寬度在0.10.32mm。T梁裂縫的分布如圖2。圖2 T梁裂縫分布三、裂縫分析筆者對影響T梁裂縫的因素進行了分析，這些因素包括材料、配合比、分布鋼筋間距、溫度、外加劑、基座變形、養(yǎng)護情況等，現(xiàn)在對其逐一分析。最初，筆者認為是水灰比過大，導致T梁裂縫的產(chǎn)生，但經(jīng)調(diào)整水灰比后，發(fā)現(xiàn)T梁的裂縫仍然存在。在對混凝土的原材料（砂、碎

5、石、水泥）在工地試驗室進行了檢驗，檢驗結(jié)果均符合施工規(guī)范的要求，同時采用回彈法對T梁進行了強度檢測，其中對1片梁采用了鉆心法檢測強度，各片梁的強度均達到了設(shè)計要求。證明發(fā)生裂縫不是混凝土自身的質(zhì)量原因,與原材料的質(zhì)量和配合比無關(guān)。混凝土的澆筑工藝與未發(fā)生裂縫的T梁相同，說明裂縫發(fā)生與混凝土的澆筑工藝也無關(guān)。同時，由于T梁是屬于簡支狀態(tài)的，故基座發(fā)生不均勻沉降時，最容易導致梁體開裂。預制場中共有24個基座，每個基座均已澆筑多片T梁，有可能基座發(fā)生不均勻沉降了。經(jīng)過多次測量、檢驗，各個基座沉降量均在1mm內(nèi)，而基座中心線偏移量在2mm以內(nèi)。根據(jù)規(guī)范，該數(shù)據(jù)完全滿足要求，可忽略其產(chǎn)生的影響。然后對預

6、制場的溫度進行了分析，T梁混凝土澆筑期間，當?shù)氐淖罡邷囟葹?5，最低氣溫為15。結(jié)合混凝土的裂縫特點，根據(jù)資料研究，混凝土的熱膨脹系數(shù)約為（812）×10-6/，平均約為10×10-6/，當結(jié)構(gòu)的一部分受到溫度的作用引起體積變化就有可能產(chǎn)生裂縫。特別是那些一部分受到溫度的變化作用，而另一部分受到防護不受到溫度變化作用的結(jié)構(gòu)，溫度降低時受到溫度影響的將產(chǎn)生裂縫。從預制T梁產(chǎn)生的未貫通裂縫來看，裂縫分布在端橫隔板和中橫隔板之間，裂縫呈豎向平行，最高裂至腹板與翼板交接處，最低裂至腹板與馬蹄交接處，而翼緣板和馬蹄部分均為發(fā)生開裂。原因是混凝土澆筑后，夜間溫度聚然下降，溫度的下降造成

7、混凝土表面收縮。對翼緣板部分，由于其表面寬度170cm，與外界接觸面積大，翼緣板厚為16cm，厚度相對小，加上其位于結(jié)構(gòu)最上方，表面亦未封閉，保濕效果差，溫度下降時，翼緣板收縮小，且為整體收縮，所以未發(fā)生裂縫；對馬蹄部分，其位于結(jié)構(gòu)的最下端，底面與預制臺座接觸，底面受到預制臺座的彈性約束，其橫向?qū)挾缺雀拱宕?，溫度下降時，混凝土的收縮受到了基座的約束，馬蹄受到溫度的影響比腹板的要小，產(chǎn)生的拉應力不足以產(chǎn)生裂縫。腹板部分介于翼緣板與馬蹄之間，溫度下降時，由于其保濕和保溫未得到很好的保障，其表面受到冷擊，加上剛度比馬蹄小,表面混凝土收縮時又受到馬蹄部分及其內(nèi)部混凝土的約束，表面混凝土產(chǎn)生的拉應力過大

8、，并以裂縫的方式表現(xiàn)出來。分別對5片梁裂縫位置進行了開鑿檢查，檢查發(fā)現(xiàn)裂縫位置的鋼筋間距、鋼筋保護層均滿足設(shè)計要求，而5片T梁裂縫中有環(huán)向裂縫，說明非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生導致了結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生，表面裂縫產(chǎn)生后，逐漸向內(nèi)部發(fā)展，由于腹板內(nèi)的縱向鋼筋及豎向鋼筋間距過大（20cm），溫度分布鋼筋未起到應有的作用，至使裂縫逐漸發(fā)展貫通。四、處理措施依據(jù)公路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土設(shè)計規(guī)范（JTJ-028 85），預應力混凝土梁中不允許出現(xiàn)豎向裂縫，雖然本工程中梁體裂甚至縫的寬度和范圍都較小，但T梁結(jié)構(gòu)中裂縫的發(fā)展會減小保護層的厚度，造成普通鋼筋銹蝕，甚至直接造成承載力下降，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性

9、，所以必須對已開裂的梁體采取適當?shù)拇胧┻M行有效的處理和補強。針對裂縫較小和裂縫貫通的特點，決定對裂縫位置開鑿后，采用環(huán)氧樹脂砂漿封閉修補法。采用環(huán)氧樹脂砂漿作為封閉材料，可以有效增強結(jié)構(gòu)整體性，使梁體恢復使用功能，提高耐久性，施工簡單，費用低，封閉后梁體外觀較為平整。五、處理效果為檢驗處理結(jié)果，對其中的兩片梁進行了現(xiàn)場靜載試驗以判斷其承載能力是否達到設(shè)計要求。1、將600KN的試驗荷載，采用液壓千斤頂分級施加于T梁的跨中測得每級荷載下跨中、四分點、兩端等處的撓度和應變，觀察梁體裂縫的開裂情況，測點撓度實測結(jié)果見表1.由表1可知，跨中最大撓度fmax=18.86mm，說明梁體具有足夠的剛度，另外

10、，各級荷載下測點變形均勻，跨中撓度基本呈線性增加，各測點卸載后的殘余變形較小，說明梁體基本彈性工作狀態(tài)。表1 測點撓度實測結(jié)果 mm試驗梁荷載等級/KN殘余變形2018026042055060011-2L/40.342.785.108.1310.3412.212.04L/20.574.858.2312.816.9518.863.10L/20.413.325.468.3411.0612.952.422、跨中截面上、下緣混凝土和鋼絞線的實測應力見表2.由表2可見，跨中截面為全斷面受壓，混凝土和鋼絞線的最大應力不超過規(guī)范規(guī)定的限值。算得跨中的試驗彎矩Ms=5013.9KN.m，遠小于設(shè)計極限彎矩Mu

11、（取值為8772.3 KN.m）說明梁體有足夠的承載能力和相當大的安全儲備。表2 跨中截面應力 Mpa荷載上緣下緣鋼絞線試驗荷載（由實測應變推算）-14.922.6112.0預應力和自重（按規(guī)范取值）1.5-23.6955.6總應力（以上兩項疊加）-13.4-1.01067.63、試驗時在原有裂縫位置和最大受拉區(qū)設(shè)置觀測標記，在整個試驗過程中均未出現(xiàn)新的裂縫，原裂縫位置未見異常。試驗表明，開裂的預制T梁開鑿后經(jīng)環(huán)氧樹脂砂漿封閉處理后，其承載能力能夠滿足設(shè)計及規(guī)范要求。六、結(jié)論與建議 結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，該橋的25m跨徑的先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁，預制時發(fā)生的裂縫是由于溫差較大，且腹板內(nèi)溫度分布鋼筋及箍筋間距過大的原因。采取調(diào)整養(yǎng)護條