单箱双室箱梁中腹板施工期裂缝成因分析.pdf

第 3 6卷 第 2 7期 2 0 1 0年 9月 山 西 建 筑 s hanxi archi tj n 瓜 e vl0 1 3 6 no 2 7 s e p 2 0 1 0 3 11 文章编号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5( 2 0 1 0 ) 2 7 0 3 1 1 0 2 单箱双室箱梁 中腹板施 工期 裂缝成 因分析 傅柏先李守凯 摘要： 针对单箱双室箱梁中腹板施工期裂缝成因， 通过采集得到的混凝土温度时程曲线分析箱梁中混凝土的水化热应 力， 研究发现： 裂缝主要由混凝土水化热应力引起， 拆模时间不 当， 导致混凝土温度和大气温度相差过大， 混凝土开裂。 关键词： 单箱双室， 箱梁， 中腹板， 水化热， 预应力 中图分类 号 ： t u7 5 5 7 文献标识码 ： a 1 绪论 从 2 0世纪 7 0年代开始， 中国公路上开始修建大跨度预应力 混凝土箱梁桥 ， 进人 2 0世纪 8 0年代后， 预应力混凝土连续箱梁 桥和预应力混凝土箱梁连续刚构桥得到了迅猛发展 ， 现已成为中 国大跨度桥梁的主要桥型之一。随着桥面宽度的增加， 单箱双室 箱梁目前已被采用， 但是通过现场工程调查发现， 一些单箱双室 箱梁施工期发生了开裂现象， 特别是 1 号块， 2号块的腹板下部位 置 ， 通 常会 开裂 。 最早研究 箱梁腹 板 开裂 问题 的是 林 同炎 ， 他针 对 1 9 7 9年和 1 9 8 2年美国 n 1 a s 桥和 k c 4 a i 1 i 立交桥腹板开裂事故进行了 分析研究， 指出早期预应力箱梁桥的设计忽略了预应力径向力对 腹板的不利作用 l _ 3 j 。在认识到这个问题后， c a l t r a n s 4 j 在 2 0世纪 踟年代对此类曲线预应力箱梁桥的腹板厚度 、 钢束布置以及防崩 钢筋设置等问题进行了研究， 制定 了供设计使用的图表。此后的 预应力曲线箱梁桥设计中， 人们都采取了特别措施防止此类问题 的发生， 我国工程设计和建设人员也对防止腹板开裂的设计和施 工方法进行了总结和研究 j 。但是 目前通过文献检索发现， 单 箱双室这种箱梁结构的裂缝成因分析方面的文献相对较少。 2 背景桥梁 桥梁工程上部结构 ： 2 ( 3 5 0 ) 预应力混凝土预制连续 t梁 + ( 9 0+4 1 6 0+9 0 ) 预应力混凝土连续刚构 +2( 45 0 ) +( 3 5 0 ) 预应力混凝土预制连续 t梁 +( 5 3 0+3 o ) 装配式预应力混 凝土箱形连续梁。 桥梁工程下部结构 ： 柱式墩 、 薄壁空心墩、 肋式 台、 桩基础。 桥面宽度： 桥梁双幅总宽为 3 4 5 r n ， 单幅宽 1 7 2 5 m。赵氏河特 大桥桩基 4 2 5根 ， 承台5 7个， 墩柱 3 0个 ， 薄壁空心墩 5 4个， 盖梁 4 6个， 主桥连续刚构 6 跨 ， 预制 3 0 it i 箱梁 6 0片， 预制 5 0 m t梁 2 7 2片， 共计混凝土 2 2万 m3 ， 钢筋 3万 t ， 预应力钢绞线 3 0 0 0 t 。 大桥支座部位截面尺寸如图 1 所示。 1 6 9 图 1 支座部位截面尺寸 ( 单位 ： m) 图 2混凝土温 度、 应 力传感器布置方案 3 裂缝描述发生类型 1 ) 一些 1号块和 2号块的中腹板出现纵向水平裂缝。2 ) 裂 缝长度 5 0 o - n -2 0 0 c r n 不等， 宽度在 0 0 2 i t i i t i 左右。3 ) 距底板顶 程中， 探测成果必须和较宏观的既有地质勘探资料、 掌子面地质 资料有机地结合起来进行综合分析 ， 并且加强典型不良地质的雷 达图像识别能力 ， 不断通过开挖验证来积累经验才能提高准确 率， 将物探信息转换成地质成果 ， 最终达到为隧道施工提供可靠 准确 的地 质预报。 参考文献 i 1 叶观宝， 宋建 地质雷达在公路 隧道短期地质超前预报 中 的应用 j 勘察科学技术， 2 0 1 0 ( 2 0 ) ： 4 9 2 白雪飞 大相岭隧道超前地质预报研究 d 成都 ： 西南交通 大学硕士论文， 2 0 0 9 3 刘英利 地质雷达在工程物探 中的应用研究 d 成都： 成都 理 工大学硕士论文 ， 2 0 0 8 4 刘 柱 地质 雷达无损 检 测隧道 施 工质量 的 图像 分析 方 法 j 公路交通科技( 应用技术版) ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 6 3 5 欧阳刚杰 梅关隧道超前地质预报 j 山西建筑， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 ) ： 3 2 4 3 2 5 ap pl i c a t i o n o f ge o l o g i c a l pe n e t r a t i n g ra d a r i n a d v a nc e g e o l o g i c a l f o r e c a s t i n xu e c he ng t u n ne l y u a ndi - j i n g wa ngl e i l i ya - l i n a b s t r a c t ： i n t h i s p a p e r ， b a s e d o n s e v e r a l me t h o d s o f a d v a n c e g e o l o c a l f o r e c a s t ，t h e wo r k p r i n c ip l e o f gr o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r i s i n t r o d u c ed a n d t h e t e c h n o l o g y o f geol o c al pe n e t r a t i n g ra d a r i n a d v a n c e g e o l o g i c a l f o r e c t i s d e s i g n e d on t h e p r e mi s e o f a n a l y z i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f r a c t u r e z o n e r a d a r ma p p i n g ，a n d c o mb i n i n g wi t h s p eci f i c e n g i n e e ri n g e x a mp l e s ，t h e p r a c t i c a l i t y and e ffi c i e n c y o f gp r i n s h o r t t e r m g e o l o g ic a l p r edi c t i o n o f r o a d t u r me l a r e i l l u s t r a t ed ke y wo r d s ：ge o l o g i c a l pe n e t r a t i n g ra d a r ，t u n n e l ，a d v a n c e g e o l o g i c a l f o r e c a s t ，a p p l i c a t i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 - 2 6 作者简介 ： 傅柏先 ( 1 9 7 0 一) ， 男 ， 高级工程 师， 山东鲁桥建设有 限公 司， 山东 济南2 5 0 0 6 1 李守凯 ( 1 9 8 6 一) ， 男 ， 山东大学 岩土 与结构工程研究 中心硕 士研究 生 ， 山东 济南2 5 0 0 6 1 3 1 2 年 2 7 背 山 西建筑 2 m位置。 4 现场传感器埋设 根据现场裂缝调查结果 ， 采取混凝土传感器布设方案 ， 1 号 9号传感器按照一定的空间在平面内等间距排列( 见图 2 ) ， 这样 能够有效监测裂缝开裂 、 扩展对混凝土应力 的影响 。 4 1 箱梁中温度测试结果 每隔3 0 mi n进行温度应力测试， 采集时间共计 5 0 0 h ， 具体测 试结果见 图 3 。 p 赠 6 o 5 0 4 0 3 o 2 0 l 0 o 卯 6 0 量 2 1 。 0 0 时间 t h c ) 图 3温度测试 结果 4 2 箱梁中应力测试结果 1 ) 混凝土弹性模量变化规律。假定混凝土浇筑后弹性模量 是随时间变化的光滑连续函数， 用如下的指数函数式求不同龄期 的弹性模量。 e( t ) =eo ( 1 一 ) ( 1 ) 其中， e( t ) 为不同龄期的弹性模量； e。 为成龄期混凝土的弹 性模量， 按照规范取值即可； ， 均为经验系数， 结合现场弹性模 量实测数据 ； t 为混凝土龄期 ， d 。 根据施工现场的混凝土弹性模量实测值， 可以推导出弹性模 量表达式如下 ： e( t ) =e 0 ( 1 一e ) ( 2 ) 实测值和理论值的比较见图4 。 藿 篓 融 龄期 t d 图 4 箱梁中温度变化较大 的点位 2 ) 强度发展规律。参照 c e f i p ( 欧洲混凝土协会规范 ) ， 考 虑现场裂缝调查结果发现 ， 混凝土裂缝出现在拆模之前 ， 所以分 析其原因极有可能是由于混凝土温度应力导致 ， 箱梁中腹板模板 拆模时间现场控制在混凝土浇筑后 1天， 所以通过混凝土强度发 展曲线， 可以求得 1 d时混凝土抗压强度为 1 5 mp a ， 则抗拉强度 可取 1 5 sp a 。 3 ) 测点应力分析。采用增量算法 ， 考虑混凝土弹性模量的时 变效应 ， 混凝 土强度的时变效应 ， 通过分析应力时程 曲线 ， 发现 1 ， 2和 3号应变测点的数据都相 比其余的测点要大， 且其数值接近 混凝土 2 4 h的抗拉强度 。 5结语 1 ) 混凝土浇筑后发生了水化热反应， 温度升高 3 0左右。 2 ) 9 个测点的最大温度发生在 2 5 h左右。3 ) 从 9个测点的温度 时程曲线分析， 4 ， 5和 6号测点的温度差比其余测点要高些， 而从 实际箱梁 的裂缝调查结果来 看 ， 4 ， 5和 6号测点 刚好为 1号箱梁 中腹板裂缝出现的位置。4 ) 由于中腹板的模板一般在混凝土浇 筑后 1 天就拆模， 而从温度测点的时程曲线来看 ， 2 4 h刚好为混 凝土水化热最为充分的时间段 ， 此时拆模带来的最大问题就是箱 梁 中腹板 内温度和环境温度相差会 比较大 ， 因为从温度 时程曲线 来看 ， 最 高温度为 5 0 ， 一般 只有夏 季炎热 时 间段 ， 大气温 度能 达到 3 0左右 ， 所以工程上应该延缓箱梁 1号块、 2号块的模板 拆模时问。5 ) 从温度时程曲线分析来看 ， 3 d 左右时， 混凝土温度 会降低到 3 0左右， 此时拆模能够有效控制内外温差。6 ) 距离 单箱双室内箱梁底板 1 8 m高处中腹板的 1 ， 2和 3号应变测点 的数据都相比其余的测点要大， 且其数值接近混凝土 2 4 h的抗拉 强度。因此该位置较容易开裂。 参 考文献 ： 1 t y l i n i n t e r n a t io n a l ， l a s l o ma s b r i d g e - c a u s e s o f s t r u c t u r a l f a i l u r e r r e p o r t t o de p a r tme n t o f a r my ， s a nf r a n c i s c o d i s - t r i e t c o r p o f en g i n e e r s ， 1 9 7 9 t y un i n t e rna t i o n a 1 i n t e r i m re por t - ka p i o l a n i i n t e r c h a n g e o n - r a mp r p r o j e c t n o i - hi 一 1 ( 1 5 9 ) ： 2 4 ， ha wa i i i x) t， 1 9 8 2 p o d o l n y ， w th e c a u s e o f c r a c k i n g i n p o s t - t e n s i o n e d c o n c r e t e b o x g i r d e r b r i d g e s a n d r e t r o f i t p r o c edu r es， p c i j ， 1 9 8 5 ， 3 0 ( 2 ) ： 8 2 1 3 9 ca l t r a n s b r i d g e me mo - t o - d e s i g n e r s ， vo 1 1 m c al i forni a de p a r t me n t o f tr ans p o r t a t i o n， s a c r am e n t o ， 1 9 9 6 王爱梅 ， 孙广华 曲线梁桥 预应 力钢 索侧 向崩 出的预 n - j 江苏交通科技 ， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 1 7 1 9 王钧利 曲线箱梁桥的病害分析及设计对策 j 中外公路 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 4 ) ： 1 0 2 1 0 5 朱振锋 预 应 力平 面曲线 粱钢 索侧 向崩 出的探 讨 j 广 东 土木与建 筑， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 3 1 3 3 th e g e ne s i s a n a l y s i s o f t h e c o ns t r u c t i o n p e r i o d i n s i ng l e b o x do u bl e r o o m s b o x b e a m o n t h e mi d d l e p l a t e fu bo - xi a n li sh ou - ka i ab s t r a c t ：ai mmi n g a t t h e cau s e o f t h e c o nst r u c t i o n p e ri o d c r a c k s i n s i n g l e - b o x d o u b l e - r o o m s b o x b e a m o n t h e mi d d l e p l a t e ，t h i s p a p e r g i l a l y z e s t h e c o n c r e t e s t h e r mal s t r e s s h y d r