混凝土应力裂缝范文

第一篇：混凝土应力裂缝范文

应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

发布日期:2007-6-1 点击次数: 13444 预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

在陕西榆靖高速公路桥梁施工中，20米预应力混凝土箱梁在预制过程中，在跨中中横隔板左右出现不同程度的裂缝。经施工单位、监理、业主、设计单位和有关专家现场分析处理，得到了很好的控制，取得了满意的结果。

裂缝情况及分析

裂逢是混凝土结构普遍会遇到的现象，一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，表示结构承载力可能不足或存在严重问题，在结构设计时对设计荷载进行全面考虑可以防止;另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。 在两类裂缝中，变形裂缝约占80%。 引起该类裂缝的原因主要有：

(1)混凝土浇注后处于塑性阶段，由于混凝土骨料沉落及混凝土表面水分蒸发而产生裂缝。

(2)混凝土凝固过程中因收缩而产生裂缝。

(3)由于温度变化产生的裂缝，结构随着温度变化产生热胀冷缩变形，这种温度变化受到约束时，在混凝土内部产生应力，当此应力超过混凝土抗裂强度，混凝土便开裂，即产生温度裂缝。

(4)施工不当产生裂缝。

从裂缝情况看，裂缝分布部位、裂缝方向、出现时间具有一定的规律性。裂缝都分布在跨中中横板处，只有腹板开裂，且两面对称，时间一般为拆模后两天左右。因为我们施工方案合理，施工工艺符合质量控制要求，混凝土配合比、坍落度满足质量要求，但因现场的施工温度高达25℃左右，所以裂缝的主要原因是因温度应力引起的。

温度应力包括内约束应力和外约束应力。内约束应力是指结构内部某一构件单元，在非线性温差作用下纤维间温度不同，引起的应变不同而受到约束引起的应力;外约束应力是指结构内部各构件因温度不同产生变形受到约束或结构外部超静定约束，无法实现自由变形引起的应力。

防止裂缝产生及外治措施

1、由混凝土质量引起的非结构裂缝，可以通过以下措施防止：控制及改善水灰比，减少砂率，增加骨料用量，严格控制坍落度，混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，高温季节注意采取缓凝措施，避免水份剧烈蒸发，混凝土振捣密实;改善现场混凝土的施工工艺，同时注意混凝土的施工防雨、养护及保温工作;结构内部布置防裂钢筋，以提高混凝土的抗裂性能;一旦裂缝出现，可以用环氧树脂配固化剂、丙酮以1∶0.5∶ 0.25的比例配合进行修补，将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷毛吹净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。

2、由温度应力引起的非结构裂缝，鉴于现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对温度荷载引起的横向温度应力考虑偏小，设计时应予以重视，可以通过配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生(施工过程中我们变更了设计，在腹板加了一倍的纵向钢筋);同时在施工时，应尽量选择温度低的时间浇注混凝土(利用早、晚进行施工)。热天浇注混凝土时，应降低水温拌制，选用水化热小和收缩小的水泥灰比，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热，提高混凝土的密实性和抗拉强度，并注意混凝土湿润，同时可以在腹板留通气拆模，达到张拉强度时及时张拉压浆。

3、我们在施工中对20米预应力混凝土箱梁裂缝的控制方案和已出现裂缝的处理办法是：

——裂缝的控制方案：

A：在腹板处两面对称增加通长纵向应力钢筋，根数为原设计的一倍。

B：控制好混凝土的浇注时间和浇注时的温度，安排在早、晚或温度低的时候进行混凝土浇注。

C：及时养护，并用塑料布进行覆盖，经常保持混凝土湿润。

D：在腹板处每隔5米留一个通气孔，可以保证混凝土箱梁在拆模后通风散热，保持体内外温度基本一致。

E：及时拆模、及时张拉。当混凝土达到拆模强度时就及时拆模;当混凝土强 度达到设计张拉强度时就及时张拉压桨。

——裂缝的处治措施：

用环氧树脂配固化剂、丙酮以1∶0.5∶0.25的配合比进行修补。将裂缝周围5 厘米内的混凝土用钢刷刷干净，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布，之后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯碱水煮沸脱脂，用清水冲洗干净并烘干。这种封闭处理，能保证日后运营过程中梁体内的钢筋不受大气腐蚀，提高结构的使用寿命。

通过以上的控制方案和防处治措施，在以后的箱梁预制过程中再没有出现裂缝，并通过对裂缝的处治也不影响梁体的正常使用。

结论 预应力混凝土箱形结构产生裂缝很常见，但可避免或减少，关键是在设计时，认真验算，合理布置构造钢筋或预应力筋，对易出现裂缝的部位，通过施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。因此，对于裂缝的问题，设计者和施工人员都应予以重视。

第二篇：预应力混凝土连续箱梁桥裂缝控制

[ 录入者：zxl1921 | 时间：2006-07-18 12:35:08 | 作者：彭 卫, 施 颖, 张新军 | 来源：混

凝

土 ] [上一篇] [下一篇] 近年来,大跨径预应力混凝土连续箱梁桥在施工过程或使 用阶段,普遍出现各种不同性质的裂缝问题。典型裂缝是在边 跨现浇段和支座附近以及跨中腹板斜裂缝。本文结合裂缝观 测、有限元分析与理论研究,从裂缝成因分析和防治措施上探 讨了大跨径预应力混凝土连续箱梁桥的裂缝控制问题。 观测到的两座开裂桥梁为桥一和桥二。桥一为56m + 80m + 56m三跨变截面单箱双室连续箱梁桥,支点箱高5m,跨中箱高 214m,桥宽16125m,设计三车道,设计荷载为汽—超20 ,挂—120 ; 桥二为52m+ 3 ×80m+ 52m五跨变截面单箱单室连续箱梁桥,桥 宽16m,设计四车道,设计荷载为汽—20 ,挂—100。 两座桥的裂缝基本相似。桥一是在运营一段时间之后出 现裂缝,而桥二在竣工质量验收时就发现桥梁主跨箱粱的部分 腹板上出现了较多的裂缝,主要分布在跨中箱梁腹板以及在与 边跨桥墩相接的现浇段箱梁腹板上,裂缝分布在上下游的两侧 基本对称,与桥纵轴线成45°左右方向。从裂缝分布与方向来 看,这些裂缝属于结构性裂缝,是由于主跨箱梁承受了较大剪 应力,因而在腹板上出现了斜裂缝。 1 设计计算 111 分析方法

平面有限元分析只适宜于结构初步设计以及无横向偏载 作用下施工阶段的计算,使用阶段结构验算应按空间有限元分 析。在作平面分析时,要将箱梁的空间受力合理而不漏项地简 化到平面计算中。表1 列出了桥一各控制断面在最不利荷载 组合下的第一主应力。可以看出,平面分析下第一主应力均为 较小的压应力,而空间分析结果均为拉应力,且有4 个断面拉 应力数值较大,超出规范规定值。

表1 平面分析与空间分析第一主应力MPa 断面位置平面分析空间分析 距15 号墩415m1. 52 3 5. 61 边跨跨中L1/ 21. 04 0. 50 距16 号墩左4m1. 29 0. 48 距16 号墩右L2/ 41. 32 3 5. 88

注:表中数字负值为压应力,正值为拉应力,加3 者为超出规定值。 112 预应力束的布置

腹板斜裂缝是预应力混凝土连续箱梁常见裂缝形式,是结 构性裂缝,受腹板纵向预应力筋布置方式和竖向预应力大小的 影响。为了深入探讨这两个因素的影响程度,下面列出桥一在 不同预应力条件下的空间有限元计算结果。共分三种预应力 情况进行计算。表2 列出边跨现浇段腹板的剪应力与主拉应 力。荷载组合为:一恒+ 二恒+ 支座沉降+ 顶底板温差10 ℃ + 汽—超20 。三种预应力情况如下: 预应力1 : 腹板纵向预应力按弯筋布置,竖向预应力按 50 %张拉力考虑; 预应力2 :腹板纵向预应力按直线束布置,竖向预应力按 50 %张拉力考虑; 预应力3 :腹板纵向预应力按直线束布置,不考虑竖向预 应力作用。

从计算结果可以看出: (1) 竖向预应力大小对腹板剪应力没有影响。中间支座负弯 矩区段预应力筋布置方式(直线束或弯起束)对剪应力影响也不大。 (2) 中间支座负弯矩预应力筋布置方式对该预应力筋作用 范围内的腹板主拉应力影响很大。但布束方式对边墩现浇段 腹板主拉应力影响不大。

(3) 竖向预应力大小对全桥范围内腹板主拉应力均有影 响。不计竖向预应力作用与计入50 %设计张拉控制力相比, 腹板主拉应力一般增大一倍左右。表中第6 栏主拉应力均超 出规范规定值217MPa ,而第4 栏的数据在规定值之内。 表2 边跨现浇段腹板在不同预应力条件下的 剪应力与主拉应力MPa 计算点 预应力1 (1)τyz (2) S1 预应力2 (3)τyz (4) S1 预应力3 (5)τyz (6) S1 (6)5. 19 2. 205. 11 1. 795. 02 1. 154. 63 1. 384. 27 1. 423. 92 1. 8299 公路规范J TJ02385 美国规范(94) 预加力阶段16. 0 21. 0 22. 0 运营阶段20. 0 17. 5 22. 5 114 温度梯度模式

我国公路桥梁规范J TJ02361. [3 ]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(J TJ023 - 85) . 北 京:人民交通出版社,1985. [4 ]辛济平,劳远昌. 国公路桥梁设计规范—与抗力系数法[M] . 北京: 人民交通出版社,1998. [ 5 ]丁大钧. 钢筋混凝土结构学[M] . 上海:上海科学技术文献出版社, 1985. [ 6 ]袁国干. 配筋混凝上结构设计原理[ M] . 上海: 同济大学出版社, 1990.

第三篇：预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析

预应力混凝土桥箱梁底面横向裂缝分析 伍 静，蒙 波 (北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037) 摘 要：预应力混凝土箱梁由于在受力性能方面良好，在高速桥梁互通工程中得到了良好的应用，但是由于结构受力和施工工艺的复杂性，该类型桥梁在设计和施工都存在质量较难控制等原因，造成部分桥梁在投入使用过程中箱梁底面就出现较多的横向裂缝，裂缝的大量出现严重影响了桥梁的正常使用，对结构的承载能力存在一定的影响。以一座预应力混凝土箱梁桥为例，通过对材料强度、铺装层层厚度、预应力损失、承载力评定等方面对该桥箱梁底面横向裂缝进行了分析，并对防止此类裂缝提出了改进措施，可供类似工程借鉴。 关键词：公路工程;预应力混凝土;箱梁;横向裂缝;承载能力

1 工程背景 某互通桥梁位于某高速公路，由主线桥和A、B、B

1、B

2、C五个匝道组成(见图1)。其中主线桥采用分离式设计，桥梁全长左幅345.0 m、右幅321.0 m，单幅桥宽12.25 m。桥面横向布置为：0.5 m(防撞护栏)+10.75 m(行车道)+0.5 m(防撞护栏)。桥梁上部结构均为预应力混凝土连续箱梁，截面为单箱单室。桥梁具体信息见表1。 下部结构除B1匝道墩柱为钢筋混凝土单柱墩外，其它桥梁均采用钢筋混凝土双柱式桥墩，扩大基础。桥台均为重力式U型桥台，支座采用板式橡胶支座。 图1 桥梁平面示意图 表1 桥梁跨径组合信息桥名 结构形式 跨径组合/m 4×25+4×25+(3×25+30+25)(左幅)3×25+4×25+(3×25+30+25)(右幅)A匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25+5×25+6×25 B匝道 预应力混凝土连续箱梁 5×25+6×25 B1匝道 预应力混凝土连续箱梁 4×25+4×25 B2匝道 预应力混凝土连续箱梁 3×25 C匝道 预应力混凝土连续箱梁主线桥 预应力混凝土连续箱梁4×23 桥面铺装采用4 cm抗滑表层+6 cm中粒式沥青混凝土+防水层+5 cm水泥混凝土铺装层，并在5 cm水泥混凝土中布设钢筋网。伸缩缝均采用EM-80浅埋式伸缩缝。桥梁设计荷载为 “汽车-超20、挂车 -120”。 在桥梁营运过程中，历次检测发现该桥主要存在病害及处治方法如下： (1)第一次定期检查发现该桥预应力混凝土箱梁存在较多的横桥向裂缝，主要包括底板横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板呈“L”形或“U”型，裂缝多位于跨中区域或附近、最宽 0.24 mm(见图

2、图 3)。部分裂缝初步判定为弯曲受力裂缝，对桥梁承载能力造成不利影响。根据《公路桥涵养护技术规范》[1](JTG H11—2004)，桥梁的总体技术状况等级为“三类”，处于较差状态。 图2 左幅第12跨箱梁底面纵向裂缝 图3 B2匝道第2跨箱梁底面纵向裂缝 根据第一次检查结果对该桥病害进行了处治，对裂缝宽度<0.15 mm时采用表面封闭法修补，涂刷专用环氧树脂胶进行封闭;裂缝宽度≥0.15 mm时，采用压力注浆法修补。并对部分桥跨裂缝较多的进行了粘贴碳纤维布(见图

4、图 5)[2]。 图4 箱梁底面碳纤维加固 图5 箱梁腹板碳纤维加固 (2)维修处治后，为进一步了解该桥裂缝修补后的发育情况，抽选了主线桥左幅第9～13跨、右幅第

8、

9、11跨和B2匝道桥第

2、3跨进行箱梁裂缝专项检查。发现在桥梁跨中区域仍存在较多新开裂的横向裂缝，部分裂缝延伸至腹板形成“L”型，裂缝宽度多在0.10 mm～0.16 mm之间，部分跨梁底碳纤维布处理后，仍在碳纤维布条间发现横向裂缝(见图6)[1]。 2 现场检测结果 为进一步分析该桥裂缝产生的原因，对该桥进行了如下专项检测： 2.1 混凝土抗压强度检测 混凝土强度不足是引起结构开裂的原因之一。为准确获得结构混凝土强度，采用钻芯法对主梁混凝土强度进行检测(见图7)。根据桥梁病害情况及受力特点，本次选取主线左幅13跨右侧腹板进行钻芯取样[3]。 根据钻芯法检测混凝土强度技术规程的相关要求，对所取芯样进行抗压强度检测[3]，结果见表2。 图6 主线桥左幅第12跨箱梁底面裂缝分布图 图7 钻芯取样测区位置 表2 右腹板钻芯取样混凝土强度试验结果表测点 外观 破坏荷载/kN抗压强度/MPa换算值 方块值1 密实 320.5 40.8 33.7 38.7 2 密实 454.0 57.8 0.87 0.95 47.8 52.8 3 密实样芯抗压强度/MPa尺寸修正系数尺寸换算系数573.8 73.1 60.4 65.4 从试验结果来看，3个试件的推算强度值分别是 38.7 MPa、52.8 MPa和 65.4 MPa，依据《钻心法检测混凝土强度技术规程》[3](CECS03：2007)中第3.2.5的相关规定，单个构件的混凝土最终推算强度为 38.7 MPa，小于设计强度 40.0 MPa。 2.2 桥面铺装层厚度检测 桥面铺装的结构和厚度的实际状况可能与原设计存在较大的差异。为了了解各桥铺装层的实际施工厚度，为桥梁加固设计和承载能力计算提供数据支撑。对桥面铺装结构厚度采用钻芯取样的方法进行检测(见图8)。桥面铺装层钻孔位置的选取，原则上每座桥梁顺桥向选取5个断面，每个断面横桥向布置3个测点，桥梁长度较短的可适当减少，但不应少于3个断面，共计81个测点。 图8 桥面厚度总偏差分布图 通过对桥面沥青铺装层厚度检测数据进行分析，本次桥面铺装层厚度81个测点中总偏差介于0 cm～3 cm居多，共计78处，占总测点的96.3%。进一步计算分析，桥面铺装实测厚度较原设计值厚约1.7 cm，从而造成箱梁跨中下缘增加0.008 MPa的拉应力。 2.3 预应力损失测算 为进一步了解该预应力混凝土连续箱梁目前的应力分布状况，推断该部位受力状态，采用应力释放的方法对该桥进行恒载作用状态下的应力量测。 钢筋应力释放法是指在桥梁在自重、预应力等持久荷载作用下，结构及其中的普通钢筋存在较大的应力，通过切割普通钢筋进行应力释放，则释放出的应力值就等于结构现存的应力值，由此分析结构的实际有效预应力或结构的预应力度，从而对整个结构进行评价[4]。 (1)测点布置。选取主线桥左幅第13跨正弯矩控制截面进行应力测量，截面的位置示意图如图9所示。应力测点选取箱梁底板底面上层顺桥向钢筋进行试验，应力测试方向与桥梁纵轴线平行，用以测试纵向弯曲应力。 图9 应力释放位置示意图 (2)测试结果。采用桥梁专用有限元计算分析软件 MIDAS/Civil 2012 对结构进行建模计算[5]，通过对模型施加自重、二期恒载、预应力及收缩徐变荷载，求得结构在恒载作用下[6]的结构应力图如图10所示。 图10 恒载作用下应力图 通过计算可得，箱梁底板应力释放位置恒载作用下的最大压应力值为 4.53 MPa[6]，即最大压应变ε=139.4με。现场实测钢筋应变εg=122με，因此主线桥有效预应力度约为88%。 通过应力释放试验，此推定预应力钢束损失约为12%。考虑到该方法目前无相关规程可依，因此该测试结果仅供参考。 2.4 承载能力试验 结合本桥受力特点和现场病害情况，选取左幅第3联(跨径组合为3×25 m+30 m+25 m)进行荷载试验，利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS/Civil计算在设计荷载(汽车-超20、挂车-120)作用下的最大内力值[7-8]，并根据测试截面(见图11)影响线进行等效加载[4-7]。 图11 荷载试验测试截面位置(单位：cm) 根据计算结果结合现场实际情况，试验测试工况为：工况1(第13跨最大正弯矩工况)，工况1(12#墩顶截面最大负弯矩工况)，工况3(第12跨最大正弯矩工况)。试验时应变测点布置在箱梁底板及腹板，具体位置见图12，挠度测点布设在各跨跨中、墩顶及四分点位置。 图12 应变测点布置示意图(单位：cm) 表3 静载试验测试结果试验工况 设计内力值/(kN·m)应变 /με 挠度试验内力值/(kN·m) 加载效率/mm计算值 实测值工况1 5947 5625 0.98 69 85 -7.53 -8.77工况2 -3854 -3930 1.02 -44 -59 — —工况计算值 实测值3 5808 5755 0.99 73 87 -4.34 -6.68 通过对每个试验工况作用下的数据分析计算，桥梁试验跨主要控制测点结构校验系数均小于1，主要测点相对残余变位或相对残余应变均小于20%;但试验过程中通过对第12跨跨中截面选取的10条横向裂缝宽度的监测发现，裂缝宽度随荷载等级的增加呈现增大趋势，属于结构裂缝，对结构承载力有一定影响。 3 原因分析 3.1 桥梁设计原因 根据设计图纸，以主线桥第3联为例进行计算，该联为3×25 m+30 m+25 m预应力混凝土连续箱梁，计算结果显示，在正常使用极限状态下，该桥30 m跨跨中下缘拉应力达3.06 MPa，已不满足部分预应力A类混凝土构件要求。即在理论计算上存在开裂的可能。现场检查中也发现，该跨跨中附近存在大量横向、L型、U型裂缝，裂缝形态与弯曲受力裂缝一致。具体可见图 13[8-15]。 根据桥梁设计单位提供的计算书，30 m跨径跨中位置正常使用极限状态组合2(移动荷载作用下(汽车-超20)+永久荷载(结构自重、预应力、混凝土收缩及徐变影响力)+温度荷载)，法向拉应力为3.39 MPa，正常使用极限状态组合3作用下(移动荷载(挂—120)+永久荷载(结构自重、预应力))，法向拉应力为4.41 MPa，均超过了规范对A类构件的容许应力 2.34 MPa。 图13 主线桥左幅第3联正常使用极限状态截面下缘正应力包络图 综上可得，桥梁在原设计状态下应力较大，存在开裂可能。同时，设计时所依据的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[5](JTJ 023—1985)中规定对缺少实测资料时，对温度梯度仅考虑桥面板升温5℃，与现行规范有明显差距，也是应力储备考虑不足的原因之一。 3.2 桥梁施工原因 (1)混凝土强度偏低：钻芯取样法的测试混凝土强度最低仅为 38.7 MPa，小于设计强度 40.0 MPa，混凝土强度偏低在一定程度上增加了开裂风险。 (2)桥面铺装层偏厚：实测桥面铺装厚度明显大于设计值，从而造成箱梁跨中下缘增加了0.008 MPa左右的拉应力。 (3)其它可能的原因：施工时的预应力张拉不足或存在损失(应力释放结果表明预应力钢束损失约为12%)、混凝土浇注质量差(梁体外观存在大量的蜂窝、露筋、混凝土不平整)。 4 结 论 (1)在设计阶段需采用不同的方法计算，在结构设计计算时采用平面分析，而在施工阶段需采用空间分析验算的结论。必要时采用实体模型对箱梁的底板下缘纵向正应力、顶板下缘横向正应力进行验算[9]。 (2)施工阶段应加强对预应力损失的控制和检测，选择合理的张拉器具、规范张拉工序，做到预应力张拉值和均匀度满足规范要求。 (3)当预应力混凝土箱梁底板较多横向受力裂缝时，说明该桥承载能力下降，应立即采取相应方法对结构进行补强(如粘贴钢板等方法)，进一步提高结构承载能力。 (4)施工阶段要严格按照规范进行施工作业，施工质量的低下是造成该桥裂缝产生的主要原因之一。 参考文献： [1] 公路桥涵养护规范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004. [2] 公路桥梁加固设计规范：JGJ/T J22—2008[S].北京：人民交通出版社，2008. [3] 钻芯法检测混凝土强度技术规程：CECSO3：2007[S].北京：人民交通出版社，2008. [4] 北京迈达斯技术有限公司.midas Civil2010分析设计原理手册[M].北京：北京迈达斯技术有限公司. [5] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTJ 023—85[S].北京：人民交通出版社，1985. [6] 公路桥涵设计通用规范：JTJ 021—89[S].北京：人民交通出版社，1989. [7] 公路桥梁承载能力检测评定规程：JTG/T J21—2011[S].北京：人民交通出版社，2010. [8] 朱汗华，陈孟冲，袁赢杰.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治[M].北京：人民交通出版社，2006. [9] 李增锋，庄一舟，程俊峰，等.横向预应力对装配整体式空心板桥纵向抗裂性能的影响[J].水利与建筑工程学报，2017，15(3)：127-133. [10] 单积明，蔡 飒，伍 静.山区高速公路单向纵坡箱梁桥梁体纵向滑移分析[J].水利与建筑工程学报，2017，15(2)：176-182. [11] 史慧彬.砼桥梁有效预应力检测方法试验研究[D].西安：长安大学，2007. [12] 朱利明，刘 华.三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析及对策[J].桥梁建设，2005(S1)：114-116. [13] 叶 俊，吴小军.预应力混凝土连续箱梁跨中横向裂缝原因分析[J].公路交通科技(应用技术版)，2012(12)：243-244. [14] 张兆宁，贺拴海，赵 煜.底板横向裂缝对箱梁强度及刚度影响模拟分析[J].郑州大学学报(工学版)，2011，32(6)：18-21. [15] 谭 竣.预应力混凝土连续箱梁桥的顶板力学性能研究[J].中外公路，2009，29(5)：131-134.

Analysis of Lateral Cracks on the Bottom of Prestressed Concrete Bridge Box Girder WU Jing，MENG Bo (Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Co.，Ltd.，Beijing 100037，China) Abstract：Due to good mechanical behavior，the prestressed concrete box girder has been applied rapidly in the highspeed bridge interchange project，however because of the complexity of the structure stress and the construction technology，difficult in quality control and other reasons exist in the design and construction，there are a large number of surface cracks in part of the bridge in use，which seriously affect the normal use of the bridge，there is impacts on the bearing capacity of the structure for sure.In this paper a prestressed concrete box girder bridge is taken as an example，based on the strength of materials，pavement layers thickness，prestress loss，bearing capacity evaluation and other aspects of the box girder bottom surface transverse cracks are analyzed to prevent such cracks，improving measures are also proposed which can provide reference for similar engineering. Keywords：highway engineering;prestressed concrete;box girder;transverse crack;load-bearing capacity 中图分类号：U448.21+3 文献标识码：A 文章编号：1672—1144(2018)01—0091—06 DOI：10.3969 /j.issn.1672 - 1144.2018.01.016 收稿日期：2017-08-20 修稿日期：2017-09-27 作者简介：伍 静(1990—)，女，四川雅安人，助理工程师，主要从事桥梁建设及加固设计。E-mail：coolsxim@yeah.net

第四篇：有关大体积混凝土基础温度应力分析与裂缝控制

一、上传版块：陕西建筑/建筑施工

二、上传标题：混凝土基础温度应力分析与裂缝控制

三、摘 要：介绍大体积砼基础温度应力的特点及计算。通过温度变化量控制曲线来控制大体积混凝土裂缝。

四、正 文：

大体积混凝土基础温度应力分析与裂缝控制

郑琴孝

(中天建设集团有限公司)

大体积混凝土基础中由于水泥水化产生大量水化热积聚在混凝土内部，使得内部温度急剧上升。而混凝土内部和表面散热速度不一致，在基础内部产生不同的温度应力。当结构内部某一处的温度应力超过混凝土允许应力时将产生裂缝。温度裂缝可能破坏结构的整体性和稳定性,对结构危害非常大，因此，分析温度场、温度应力的变化规律、制定合理的温控防裂措施是工程中非常重要的一个课题。

实际工程施工中，当混凝土浇筑完毕后，一方面要通过测得实际温度变化来检验预设的措施是否可行;另一方面当外界气温等条件突变时通过测得实际温度变化来衡量是否要采取加强保温等调整措施。目前对于普通的工程如要每一次通过测得实际温度转化为温度应力来讨论是否要要采取调整措施是不太可行的，因工作量太大。所以常据规范要求用控制内外温差小于25℃的办法来简单控制，即混凝土基础中心温度与表面温度之差小于25℃即认为不会产生裂缝。其实这样控制显得过于宏观。如果能找到一种直接通过温度比较就能较精确的确定控制措施的方法将为实际施工带来极大的便利。

一、概况

多数大体积混凝土基础板均是采用综合蓄热法进行保温养护，因此具有相似的温度场性质。本论文选用非常典型的基础进行讨论。筏板厚1.8m,混凝土为C55,砂率38%,水胶比0.38,具体配合比见表 1-1。

表 1-1 配合比

强度 等级 材料 名称 用C55 g/m3 配比 水泥 P.O42.5 量405 16.33

砂 670 27.03

石子

1065 42.97

外加

水 185 7.46

膨胀剂 39 1.58

粉煤灰 100 4.03

合计 2478.6

14.6 0.58 温度应力计算

各龄期典型混凝土基础板弹性徐变温度应力计算结果。

据混凝土龄期，2d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d。1.8m筏板沿厚度方向从上往下按10cm分成18层，计算出每一层交接处的温度应力。这样就可以得到每一龄期筏板内的温度应力分布图。 温板温度应力计算公式为：

ti1neKit,iEiTiKt,iR

1i1n弹性模E0=105/(2.2+(33/fcu))=35.71×103N/mm2

0.34EE01exp0.40

典型混凝土基础板在各时段温度分布

参数选取：固体表面在空气中的放热系数的数值与风速有关，对于粗糙表面，一般用23.914.50Va。假设风速Va4.0m/s，得混凝土和毛毯表面在空气中的放热系数均为82.23kJ/(m2hC)。

毛毯一层2.5mm，二层厚为5 mm，毛毯导热系数为0.1549KJ/(mhC)。 可得二层毛毯等效表面放热系数22.5kJ/(m2hC)

表 1-2 场分析中的主要参数表 参

数 混凝土导热系数 混凝土毛毯空气中放热系数

混凝土比热 混凝土线膨胀系数 毛毯导热系数 混凝土初温(入模温度) 二层毛毯等效表面放热系数

环境温度 温凝土密度 混凝土导温系数

单

位 取

值 216 1972.8 0.915 8.0E-06 3.7 23 540.0

2478.6 0.10

kJ/(mdC)

kJ/(m2dC)

kJ/(KgC)

/℃

kJ/(mdC)

℃

kJ/(m2dC)

℃

kg/m3

m2/d 可以计算出，筏板沿厚度方向(每10cm)在不同龄温期温度应力分布如错误!未找到引用源。所示。

19171513119753100.511.52 基础板内沿厚度各分层2d温度应力6d温度应力9d温度应力12d温度应力15d温度应力18d温度应力21d温度应力24d温度应力-0.51-1温度应力(单位：Mpa)各龄期典型混凝土基础板极限拉伸变化图

对平均气温17℃时计算得混凝土极限拉伸与允许极限拉伸值比较如图 1-1所示： 100.00极限拉伸(10-6)80.0060.0040.0020.000.00036912龄期(d)1518212417度允许

图 1-1 平均气温17℃时基础板极限拉伸允许值和实际值比较图

从图 1-1可知，平均气温17℃时，覆盖两层毛毯后，筏板实际拉伸值小于允许值，不会产生裂缝。

典型混凝土基础板在不同条件下温度应力、极限拉伸变化情况比较

1)从错误!未找到引用源。可知，筏板的温度应力在板中分布是不断变化的。从筏板全部为压应力到板两侧出现拉应力峰值，到板两侧拉应力峰值向板中心移，最后板中心拉最大这样的变化过程。

2)极限拉伸值曲线就是选每一时段基础板中最大拉应力值对应的极限拉伸值组成的。而拉应力是同一个位置在不同时段应力值叠加结果，某一点拉应力值与此点处温度变化累计值成正比。但并不是每个时段温度变化累计最大值的位置都与最大拉应力相对应，这是因为弹性模量的影响。因此必须选临界状态的最大拉应力对应的温度变化累计值来组成控制曲线。

3)通过计算发现，温度拉应力的最大值在第6天前与混凝土板表面温度变化量累计值成正比，温度应力的最大值在6天至15天与板中心至表面间某点温度变化量累计值成正比，温度应力的最大值在15天后与板中心温度变化量累计值成正比。 典型混凝土基础板在不同条件下各龄期最大温度应力对应的温度变化量图 应用上面的原理，可以得到1.8m厚板在不同条件下各龄期最大温度应力对应的温度变化量图。图 1-可知，平均温度5℃，10℃，17℃时温度变化曲线都在0℃时上部;且随着产均气温越高，温度变化曲线越在上方。

0-50-10-15-20-25-30-35-40-45-503691215182124温度变化量(度)0度5度10度17度龄期(d)

图 1-3 各龄期最大温度应力对应的变化量曲线图

典型混凝土基础板临界的各龄期最大温度应力对应的温度变化量曲线图

在实际施工中，根据实测温度去求温度应力很不方便。而且每次用实测温度去求温度应力工作量也比较大，希望能找到一种简单的方法直接通过各龄期测温就能反映温度应力，这样就能直观简洁的控制施工。图 1-是1.8m厚板临界的各龄期最大温度应力对应的温度变化量控制曲线图，当实测或计算得到的各龄期温度变化量曲线在这控制线上部时，不会产生裂缝。

0-50-10-15-20-25-30-35-40-45-503691215182124温度变化量(度)龄期(d)

图 1-4 各龄期最大温度应力对应的温度变化量控制曲线 在大体积混凝土基础施工前，始终可以预先找到一条临界的温度变化量控制曲线，当实测或计算得到的各龄期温度变化量曲线在这控制线上部时，大体积混凝土基础就不会产生温度裂缝。这就为控制大体积混凝土基础裂缝找到了一种很好的方法，而且这种方法简单、控制精度较高。把通过温度变化量控制曲线来控制大体积混凝土裂缝这种方法应用到工程实践中，将会带来极大的便利。

[作者简介] 郑琴孝(1973—)，男，浙江嵊州人，中天建设集团榆林工程处负责人，工程师，西安交通大学工程硕士，陕西榆林市经济开发区桃园小区7#楼2单元101室，719000，电话：13484985966

五、关键词：大体积砼、温度应力、温度、控制曲线

第五篇：20m预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及处治

[ 提要 ] 本文根据在预制20米预应力混凝土箱梁过程中发现的问题，从混凝土物理、化学及力学等角度分析，并通过施工工艺的严格控制，总结查找使预应力箱梁产生裂纹、裂缝的原因，并在实际施工中得到了很好的运用，因裂纹、裂缝影响混凝土箱梁质量外观的问题得到了很好的解决。

[关键词] 预应力箱梁 物理 化学 力学 分析 裂缝 施工工艺

一.引言

在预制20米预应力混凝土箱梁的过程中，发现预应力箱梁顶板上经常出现裂纹，端隔板、跨中中横隔板左右也有不同程度的裂缝，对箱梁外观质量产生了一定的负面影响。

为了争创优质工程，避免在以后的工程施工过程中出现危害较大的裂缝，我项目专门成立了预应力箱梁技术难题攻克小组，尽可能对混凝土箱梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以便从施工找出控制混凝土裂缝的可行办法，达到防患于未然的作用。

二、 裂缝成因分析与处治

混凝土在施工过程中出现裂纹、裂缝，从根本上可分为以下几种类型：

(1) 荷载裂缝：

混凝土在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，可分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

a、直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝

产生的原因有：

○1设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。

○2 施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

○3 使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。

分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，但受施工人员素质，责任心，及实际操作过程不规范等因素影响，不排除因次应力产生裂缝。

采取措施：进一步规范施工程序，严格按照施工流程进行施工，杜绝不规范施工操作，控制钢筋安装尺寸误差，对施工人员进行责任，安全，素质教育。

b、次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：

○1在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例

如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。

○2桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

分析：箱梁裂缝的产生是不是在使用阶段产生的，施工过程中，没有在箱梁上施加荷载，且设计采用的是较成熟的理论，故排除了次应力产生的裂缝。

(2) 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：

○1年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁构件的纵向位移，一般可通过伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时

才会引起温度裂缝。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。

分析：因预应力箱梁的裂缝是在短期内，产生的局部小裂缝，故予以排除

○2日照。有一定面积的混凝土构件受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

分析：这里昼夜气温变化相对较大，受天气及气温影响，中午温度上升，故不排除使之产生裂缝的原因。

采取措施：混凝土施工后严格按规范进行覆盖洒水养护，中午加覆盖物，并增加洒水养护次数，以保持混凝土湿润为准。

○3另外骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当。也易使混凝土构件产生裂缝。

分析：施工过程中，没有骤然降温的情况发生，且混凝土最大厚度为25cm，不属于大体积混凝土构件，没进入冬季施工，排除其可能性。

(3) 收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因。

○1塑性收缩。

发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。

分析及采取措施：为减小混凝土塑性收缩，施工时控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料控制速度，不宜太快，振捣密实，竖向变截面处宜分层浇筑。

○2缩水收缩(干缩)。

混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%)，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

a、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混

凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。

b、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。

c、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。 d、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。 e、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

f、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。

g、振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5~15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀;时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

h、对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性。

根据以上研究及理论进行分析：本箱梁预制采用的水泥、骨料等

均符合设计及规范要求，故排除材料引起的裂纹的影响。

采取措施：施工过程混凝土严格按配合比搅拌，根据机械性能控制振捣时间，防止出现因振捣时间短，振捣不密实，混凝土强度不足或不均匀的现象，防止出现因振捣时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝的现象。

(4) 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

分析研究：根据箱梁顶板出现的裂缝情况，箱梁顶板有的裂缝和顶板钢筋走向一致，故，顶板裂缝的产生可能与顶板钢筋有很大的关系。

采取措施：防止钢筋锈蚀，对于锈蚀的钢筋要严格按照规范要求除去，采用足够的保护层厚度;施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入。保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。

三、施工工艺的对产生裂缝的影响

施工工艺质量是引起裂缝的一个重要原因。其成因主要包括以下几个方面：

(1)混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

(2) 混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

(3) 混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。

(4) 混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

(5) 混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

(6) 增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

(7) 混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝;采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引

起裂缝。

(8) 混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

(9) 施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。

(10) 施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

(11) 施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。

(12) 装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞;吊装时吊点位置不当，侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。

(13) 钢筋加工与安装顺序不正确，对产生的后果认识不足。 (14) 施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降，导致结构开裂。

3、综合以上各种原因，我预应力箱梁技术小组逐一排查，发现在施工过程中还存在以下问题： (1) (2) 混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准。 混凝土坍落度控制不准确，有时根据施工经验判断混凝土坍落度不准确。 (3)

搅拌混凝土过程中，有时混凝土坍落度过大时，加入水泥

浆重新搅拌，增大了水泥用量，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加。 (4) 发现端隔板出现裂缝处钢筋布局不太合理。

结语

在混凝土施工过程中，混凝土的裂缝是工程施工中常见的问题，关键是在于设计时的合理以及施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。预应力混凝土箱形结构产生裂缝裂纹很常见，但由于梁是桥梁结构中一个较重要的构件，因其特殊的受力结构及重要性，施工中要尽量避免或减少，以保障桥梁的正常运营。

混凝土从施工到建成进入实际使用阶段，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。从混凝土可能出现裂缝的原因来看，可知设计疏漏、施工控制不力以及对突发事件的处理方法等，均可能使混凝土出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工，是保证结构安全耐用的前提和基础。