系杆拱整体式现浇桥面板裂缝分析

系杆拱整体式现浇桥面板裂缝分析

何永建

江苏开通建设工程有限公司江苏淮安223001

摘要：混凝土系杆拱桥具有结构轻盈、外形美观、跨越能力大、施工方便、造价经济等特点，因此近年来在我国得到了快速发展，建造了大量的混凝土系杆拱桥。混凝土拱座是钢管混凝土系杆拱桥中的重要受力部件，位于拱肋、系杆和端横梁交点位置，主要起联结作用，受力复杂，但在其建设和后期运营管养过程中发现绝大部分存在裂缝，本文分析了系杆拱整体式现浇桥面板裂缝及防治。

关键词：系杆拱整体式现浇桥面板裂缝；防治

本桥处于二级公路，主桥总宽12.6m，横断面总宽10m，主桥上部结构为刚性系杆、刚性拱、柔性吊杆体系，由拱肋、系杆、风撑、吊杆、横梁和桥面板等组成。

1.本桥结构设计

1.主桥拱肋构造。拱轴线为二次抛物线，计算跨径L=62m，计算矢高12.4m，矢跨比1/5。横向设两片拱肋，拱肋中心与系杆中心交角处横桥向中心距离为11.3m。拱肋为钢筋混泥土结构，截面为工字型，截面宽度1.3m，高度1.3m，腹板厚0.5m，宽度和高度沿拱轴线始终保持不变。拱肋采用C50混凝土。

2.主桥系杆构造。系杆采用预应力混凝土结构，采用截面箱型截面，系杆高1.8m,宽1.3m，顶底板与腹板厚度均为30cm，吊杆与拱脚处为实心截面。系杆内部设预应力钢绞线，必须按设计施工顺序分批张拉。

3.主桥桥面板。桥桥面板为25cm厚的实心板，纵向搁置在横梁上。桥面板之间横向铰接，纵向主筋采用焊接，以25cm厚中横梁二期混凝土及12cm混凝土桥面现浇层，构成桥面整体连续体系。

2裂缝特点调查

2.1第Ⅰ类裂缝。中横梁与端横梁均为矩形实心截面，再横梁侧面设置牛腿搁置桥面板及伸缩缝。使桥面板有一定的压应力储备。纵向预应力的总体设计思路：根据结构计算分析，主梁中跨跨中区域由于产生的压应力储备较小，桥面板会产生拉应力，边跨辅助墩支反力对其附近区域的主梁会产生负弯矩，从而对桥面板产生不利影响，

2.2第Ⅱ类裂缝。横梁顶面设2%横坡（对应行车道横坡），横梁底面水平。端横梁采用现浇施工，中横梁可采用预制吊装，横梁预应力张拉应分批进行。避免了桥面板局部应力过大而造成局部裂缝的可能。

2.3第Ⅲ类裂缝。在主梁位置通过钢锚箱锚固在主梁上，钢锚箱设置于箱形纵梁的外侧腹板外侧。斜拉索索力通过腹板传递分散后传递到桥面板时，应力更加均匀。设置在腹板上的钢锚箱不影响桥面板内纵横向钢筋、纵横向预应力的布置与连续，保证了桥面板的整体性。

2.4第Ⅳ类裂缝。一是扩大预制桥面板面积，并要求预制桥面板安装时龄期不少于６个月。二是支承在梁格上的桥面板横桥向跨度比大，故在桥面板内设置横向预应力，使桥面板有横桥向压应力储备。

3防治措施

3.1混凝土原材料及配合比。除通用要求外，在原材料及配合比方面还提出以下要求：一是可选用较小坍落度的混凝土配合比，并设适当的含气量，控制压力泌水量小于0.3mｌ／ｃm２。二是通过圆环约束试件等抗裂性测试方法，选择添加纤维素纤维。三是现浇桥面板混凝土不选用微膨胀混凝土，而是控制其90ｄ的干缩率小于干缩率限值。肉眼可见裂缝范围一般以50μm为界，大于或等于50μm的裂缝称为宏观裂缝。工程实践证明，大于或等于50μｍ的裂缝会影响混凝土的耐久性。桥面板表层钢筋网的间距为150mm，假定钢筋网内的收缩集中在１条裂缝上，则该裂缝宽度应小于50μm。

3.2桥面板防护体系。选择“硅化剂技术”（也称作“混凝土渗漏缺陷自修复技术”）进行表面防护。在该桥施工时，对涂装与否进行了各项性能的对比试验，证明采取硅化剂表面处理后，桥面板混凝土强度提高了30.2%，抗剪强度提高了25.6%，对桥面板混凝土的裂缝（毛细孔管）具有自修复作用，桥面板混凝土抗压强度能提高7.38%。

3.3处治措施。尽管在设计和施工方面可以采取一些措施减少裂缝的出现，但由于拱座裂缝影响因素多而复杂，往往还是很难避免，一旦出现裂缝，应采取以下措施进行处理:一是对裂缝宽度小于0．15mm的裂缝采用环氧封缝胶进行表面封闭处理，对裂缝宽度大于等于0．15mm的裂缝采用环氧注射胶进行低压注射处理;二是对开裂严重应采用黏贴碳纤维布和钢板的方式进行补强;三是为确保混凝土拱座外形美观，提高其耐久性，宜对拱座进行防腐涂装。

3.4变形监测。系杆、拱肋标高的变化，直接关系到各构件内力的变化，病害处治的目的是尽量减小附加内力，如果处治过程中引起附加内力变大，将影响结构安全。在系杆处治过程中应该随时测量系杆、拱肋各控制断面位移，使其内力始终控制在有限范围内。在系杆下挠处治过程中，系杆逐渐恢复原位，必然出现竖向弯曲；横梁也在右、中拱肋吊杆循环同步张拉过程中出现反复竖向弯曲，因此应对系杆、横梁控制断面进行应变监测。横梁已严重开裂，系杆标高调整时应使裂缝逐渐闭合，而不应该引起裂缝继续扩展，需要对典型性进行观测。索力是索结构的一个重要参数，索力控制是关系到整个结构内力和结构状态的至关重要的因素，因此在系杆张拉及顶升过程中，需要不断测量吊杆索力，为下一步工序提供依据及参考。

3.5其它防裂措施。一是在有利的季节安装参数选用应相对湿度：0.8，预应力钢筋金属波纹管每米局部偏差对摩擦的影响系数：k=0.0015。在最大悬臂端一般设吨位比较大的主梁安装吊机或者合龙配重，如果选择在清除所有施工荷载后，并在低温季节安装中跨合龙桥面板，则更有利于桥面板恒压应力的产生。二是在有利的季节安装塔梁之间的竖向支座。水中临时支墩及支架搭设，并进行预压，以消除非弹性变形的影响，在支架上现浇或系杆，在主墩盖梁上现浇端横梁包括拱脚节点。

4结论

通过实桥验证，该防治措施可基本上解决目前混凝土易开裂的难题，可供工程设计、施工人员参考。

参考文献：

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[2]李飞泉，杜德灿，李承昌，等.系杆拱桥吊杆更换研究.公路交通科技(应用技术版)，2016(9).

[3]张劲泉，等.桥梁检测与加固手册.北京：人民交通出版社，2014.