预应力混凝土现浇箱梁裂缝病害
前言
现浇箱梁特因其结造型美观、施工方便、耐久性好、适应性强，且在设计理论和施工技术上都发展的比较成熟等优点，因此在应用上最为广泛。1 底板横向裂缝、腹板竖向和斜向裂缝1.1 病害特征预应力混凝土等截面箱梁底板横向裂缝属于结构性裂缝，一般出现在箱梁跨中区域截面，贯穿底板全宽。严重时底板横向裂缝会扩展延伸至腹板，形成U形裂缝。
图1 箱梁底板及腹板裂
缝腹板斜裂缝即主拉应力裂缝，是预应力混凝土梁桥中出现较多的一种裂缝，主要出现在剪应力较大支座附近和1/4 跨附近，与梁轴线约成45°角分布，并随时间的推移，不断向受压区发展。走向大多与腹板预应力弯起束走向呈一定夹角或垂直，形态均呈中间宽、两头窄的形态。
图2 箱梁腹板裂缝
1.2 成因分析
底板横向裂缝属于结构性裂缝，产生底板横向裂缝的主要原因有：
（1）预应力钢束布设不当、张拉不到位、压浆不当、线型偏差较大导致后期预应力损失较大，跨中底板预应力储备不足存在过大的拉应力。
2）桥梁运营过程中超重车辆过多或对二期恒载估计不足导致配筋或截面不足。
（3）桥梁施工不规范、质量差所带来的箱梁结构尺寸偏小、混凝土质量较差、箱内积水、跑模超方、二恒超方等问题导致箱梁刚度偏弱、恒载增加，从而在底板出现横向裂缝。2）腹板斜向裂缝产生原因主要有：（1）腹板厚度设计偏薄抗剪能力不足，支座附近剪力过大，主拉应力方向抗裂安全度不够。（2）过高估计了竖向预应力的作用。由于竖向预应力筋较短，锚具预应力损失大，因此往往导致竖向预应力效果较差，竖向预应力损失较严重。同时，纵向预应力的损失，降低了腹板的有效预应力，容易引起腹板出现斜向裂缝。（3）边跨现浇段不设弯起束（这一点中交一公院在做连续梁的时候有改善），也是边跨出现斜裂缝的主要原因之一。由于边跨梁段梁高较小，反力较大，如果靠顺桥向和竖向预应力来控制主拉应力，往往因竖向预应力损失或失效而难以奏效。因此边跨应布置弯起钢束。（4）结合有限元计算分析结果，判断现阶段主桥腹板裂缝是竖向预应力管道灌浆均不饱满，精轧螺纹钢有锈斑导致竖向预应力损失，或是施工时竖向预应力张拉时难度较高，控制不严的话可能会造成竖向预应力失效等问题所致，对箱梁的承载能力及正常使用影响较大。1.3 处治方法在对箱梁进行常规病害处治后，可采用粘贴钢板、腹板增大截面及设置体外预应力等加固技术进行补强处治。1 ）粘贴钢板对裂缝进行常规处理后，可根据裂缝受力特性对箱梁底板（由于底板为曲线，钢板加固实际不方便）或腹板辅以粘贴钢板进行加强。2 ）增大截面增大截面加固法是通过增大构件的截面或在增加钢筋的同时增大截面来提高原有构件承载力和刚度的方法。当钢筋混凝土由于抗弯、抗剪不足是出现裂缝的情形从桥梁加固工程的经济性和施工可行性上考虑，可增大截面加固法主要用于钢筋混凝土受弯构件提高抗弯承载力、抗剪承载力和刚度。
图3 箱梁腹板加厚
3）设置体外预应力
体外预应力加固适用于桥梁构件的受弯、受剪加固，提高结构承载能力，改善受力状况。预应力材料可采用钢材或纤维板等。
a）预应力钢束
根据空间网格精细化分析和有限元计算分析结果，可以判断现阶段箱梁腹板裂缝是否由于重车超载、温度梯度及有效预应力损失等因素共同作用所致。
在对箱梁底板裂缝进行封闭、灌浆处治后，结合计算分析和桥梁实际情况，进行增设体外预应力加固设计。加固以提高底板压应力储备，改善结构刚度为目标，
按包络设计法通“下限设计”和“上限设计”，在保证加固效果的同时充分考虑施工体外预应力对原结构的影响等因素，从而合理的确定新增预应力度，
作为体外预应力索加固的控制指标。
a）预应力钢束
根据空间网格精细化分析和有限元计算分析结果，可以判断现阶段箱梁腹板裂缝是否由于重车超载、温度梯度及有效预应力损失等因素共同作用所致。在对箱梁底板裂缝进行封闭、灌浆处治后，结合计算分析和桥梁实际情况，进行增设体外预应力加固设计。加固以提高底板压应力储备，改善结构刚度为目标，按包络设计法通“下限设计”和“上限设计”，在保证加固效果的同时充分考虑施工体外预应力对原结构的影响等因素，从而合理的确定新增预应力度，作为体外预应力索加固的控制指标。
图4 箱梁体外预应力加固b）预应力碳板如对已进行体外预应力加固的等截面箱梁，推测由于超载车作用已超过箱梁设计标准，加上原体外预应力松驰损失导致加固效果减弱，有效预应力减小，箱梁横向裂缝有可能再次开裂。可在箱梁设置预应力碳纤维板等措施提高有效预应力度，限制裂缝发展。（最后没有办法的办法？）
图5 箱梁预应力碳板加固
2 箱内顶板纵向裂缝
2.1 病害特征顶板纵向裂缝一般出现在跨中合拢段，接近支点的区域，顶部齿板内侧顶板区域，也有沿全跨出现纵向裂缝的情形。
图6 顶板纵向裂缝
2.2 成因分析箱内顶板纵向裂缝产生原因主要有：
1）由于顶板横向弯矩主要受活载影响，在桥梁营运期间，超载很容易导致顶板沿纵向开裂。
2）顶板没有设置横向预应力筋，横向预应力损失较大或者布置不合理。3）顶板纵向预应力设置过大，造成横向拉应力超过混凝土抗拉强度，引起顶板纵向开裂。4）合拢段顶板纵向裂缝主要是由于温度及收缩徐变引起。浇筑合拢段时，合拢段受混凝土水化热而膨胀，但由于受到悬臂端梁段的约束，导致合拢段顺桥向受压，横桥向受拉，从而在顶板产生纵向裂缝。2.3 处治方法针对顶板纵向裂缝进行封闭、灌浆处治即可，以恢复结构的耐久性。根据裂缝的数量、宽度及发展程度，对顶板横向粘贴钢板（粘贴碳纤维布不更好？），提高顶板抗裂性，状况严重时，可在箱梁顶板外挂一层钢筋网片，并涂抹一定厚度的高韧性混凝土增大截面处理。
图8 顶板粘贴钢板（左图）和涂抹超高韧性混凝土（右图）
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