预应力混凝土连续梁合龙段裂缝分析及对策

党晓冰

（中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁设计研究院 ，湖北省 武汉市 430000）

摘 要：在实际工程中，预应力混凝土连续梁合龙段顶板底出现纵向裂缝的情况时有发生，运用桥梁结构分析系统BSAS和桥梁博士有限元软件建立平面杆系模型和合龙段截面模型，对某新建铁路工程中的连续梁在合龙段箱内顶板倒角出现裂缝的成因进行了结构计算分析，并从非结构性因素和现场施工等多方面进行了思考，给出整治建议。

关键词：铁路桥梁；预应力混凝土箱梁；合龙段；裂缝；有限元

0 引言

考虑到预应力混凝土连续梁合龙段顶板底产生的裂缝对梁部结构的安全性和耐久性可能会产生一定影响，针对某新建铁路工程中无横向预应力的(32+48+48+32)m双线连续梁在边跨合龙段箱内出现往顶板发展的裂缝情况，对梁部设计结构进行分析，并根据裂缝发生位置的实际情况，结合有限元模型分析，对合龙段箱内顶板裂缝产生的原因展开研究，为类似铁路连续梁的设计优化和施工保障安全奠定基础。

1 工程概况

1.1设计条件

（1）设计速度：250 km/h。

（2）线路情况：有砟轨道，双线，直线，正线线间距5.0m。

（3）施工方法：本桥采用悬灌法施工。

1.2设计参数

桥跨布置为(32+48+48+32)m预应力混凝土连续梁，全长161.1m，（含两侧梁端至边支座中心各0.55m）。桥面宽12.6m，桥梁建筑总宽12.9m，挡砟墙内侧净宽9.4m；结构横截面中心梁高在端支座为2.69m，中支点处为3.49m（含顶板顶面横坡）。

2 裂缝情况及成因初步分析

2.1裂缝排查情况

该跨绕城高速连续梁无横向预应力，在边跨合龙段箱内顶板倒角往内约50cm处出现纵向裂缝，中跨合龙段横隔梁过人孔的上倒角处出现往顶板发展的裂缝，具体情况为：中跨跨中处横隔梁裂缝宽0.2mm，长70cm；边跨跨中横隔梁两处裂缝，宽为0.12mm，长为70cm。

2.2成因初步分析

混凝土结构表面产生裂缝是比较常见的现象，引起裂缝的原因大致可归纳为由外荷载引起的结构性裂缝，以及由温度变化和混凝土收缩等原因引起的非结构性裂缝两大类。所以，需对设计结构进行有限元的纵横向受力分析后，进一步判定裂缝是否为结构性裂缝，结构设计是否安全。

3 梁部计算分析

3.1有限元法纵向计算

首先，采用BSAS软件建立连续梁平面杆系模型。桥上二期恒载按187kN/m计算。温度荷载按顶板升温5℃考虑，整体升降温按20℃考虑。荷载组合分别以主力、主力+附加力进行组合，取最不利组合进行计算。主力组合包括结构自重、混凝土收缩和徐变、活载及横向摇摆力；主力+附加力组合除了包括主力组合的荷载外还包括风荷载和温度荷载。

梁部位移计算结果（符号：向上变形为“+”，向下变形为“-”）：

(1)静活载作用下最大挠度值-15.0mm，小于1.1L/1400，最大梁端转角：0.696‰。

(2)列车竖向静活载作用下产生的挠度值与0.5倍温度引起的挠度值之和为-15.6mm，小于1.1L/1400。

(3)0.63倍列车竖向静活载作用下产生的挠度值与全部温度引起的挠度值之和为-10.6mm，小于1.1L/1400。

(4)工后徐变上拱值为从二期恒载加载后残余徐变竖向变形值为-1.86mm， 其它主要计算结果见表1

上述纵向计算结果均满足规范要求。

3.2有限元法横向计算

由于裂缝出现在梁部合龙段处，因此运用桥梁博士软件对合龙段的截面建模，进行横向计算。计算不考虑跨中合龙段设置的厚0.6m的横隔板影响。（32+48+48+32）m连续梁合龙段截面特征点处梁高为2.6m（以顶板顶面最低点计），顶宽12.6m，底宽5.3m，横截面为单箱单室直腹板。顶板厚37cm，腹板厚为45cm，底板厚30cm。顶板未设置横向预应力钢束。

综上所述，该桥的纵横向结构计算结果均满足现行铁路相关规范要求，在裂缝宽度满足规范要求的前提下，结构是允许带裂缝进行工作的。

4 其他影响因素

结构出现混凝土开裂的影响因素有很多，鉴于以上设计计算结果均满足规范要求，那么造成裂缝的原因还可以从非结构性因素和现场施工的角度来考虑：

1）在满足正常施工温度的条件下，合龙段混凝土浇筑时间应在一天中温度最低时使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜，避免因箱梁顶板上下缘产生过大的温差效应。

2）合龙段与两侧悬浇段由于存在一定的时间间隔，两侧悬浇段混凝土收缩已完成了一部分，当合龙段混凝土浇筑后会从两边向中间收缩的趋势，但受到两个已完成部分收缩的悬浇段的限制，使合龙段受到水平张力从而产生裂缝。

3）当两侧的悬浇段梁体轴线未完全与设计中心线重合时，贯穿合龙段的预应力管道会产生不平顺，在合龙段位置会有较小的折角，当顶板预应力钢束张拉后，会使合龙段在钢束折角处产生水平分力，使得合龙段产生纵向裂缝。

4）合龙段施工时，混凝土养护不到位，会引起混凝土干缩产生裂缝。

5 解决对策

下一步工作：每月一次对连续梁合龙段顶板底面的裂缝情况进行跟踪观测。联调联试期间观测活载运行时的裂缝宽度是否满足规范要求，定期测量箱室内外温差。

为保证工程建设质量和结构的耐久性，建议对合龙段顶板底部的纵向裂缝进行封闭，选用目前市场上较成熟的封闭材料与工艺为宜。

6 结语

本文对无横向预应力的连续梁合龙段箱内顶板底部纵向裂缝的产生原因进行了初步研究。分别从结构性因素和非结构性因素的角度，证实了结构设计满足规范要求，并提出了从非结构性因素和现场施工角度考虑的裂缝成因分析，最后对目前的裂缝情况给出了一定的整治建议。对于尚未施工的连续梁，建议合龙段采用高于梁体一个标号的无收缩混凝土，增加合龙段横向配筋或施加横向预应力等防开裂措施。

参考文献：

[1]王建强,吕忠达,赵卓,刘成坤,孙筠.预应力混凝土连续箱梁顶板早期裂缝控制研究[J].铁道工程学报,2019,36(09):43-48.

[2]高杰.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝病害的加固方法分析[J].四川理工学院学报(自然科学版),2017,30(02):63-67.

[3]陈之涛.混凝土连续箱梁裂缝成因及治理研究[J].湖南交通科技,2019,45(01):141-143+161.

作者简介：党晓冰（1992-），女，助理工程师，硕士，桥梁工程，1109611877@qq.com，15074948127