单索面宽斜拉桥主梁早期裂缝研究

沈杰

摘要：随着我国经济的发展和城市化建设，桥梁建设过程中出现的桥型越来越多，单索面宽箱梁斜拉桥是时代产生的新桥型，这种桥梁能够满足人们的交通出行，同时还能满足城市建设中的美观性要求。由于涉及理论的不充足以及施工质量的缺陷，导致该桥梁在施工过程中产生较多裂缝，严重时会影响桥梁的正常使用情况，因此文章针对单索面宽斜拉桥进行了以下内容分析：单索面宽箱梁的结构特性、通过工程实例对裂缝的分布情况进行了说明，并对裂缝的成因进行了分析，最后通过温度效应和混凝土收缩效应进行了分析，表明了裂缝产生的机理，为该类问题的研究提供了理论依据和分析方法。

关键词：桥梁建设；单索面宽箱梁；斜拉桥；温度效应

0 引言

随着桥梁事业的大力发展，斜拉桥的建设越来越多，但是斜拉桥同样存在着个各种问题值得技术人员注意。这些问题如果不能及时解决会出现主梁裂缝，索塔变形以及混凝土表层出现剥落等现象，甚至出现结构承载力出现安全隐患。这种病害不仅导致桥梁无法正常运行，还会造成无法弥补的损害。实际工程种，斜拉桥产生纵缝是较为常见的现象，产生裂缝的主要原因是横向受力较大^[1]。国内外对于斜拉桥主梁裂缝病害的关注较高，通过分析可知其原理为桥梁宽高比增加，空间效应也表现突出。桥梁混凝土收缩徐变存在较多理论，对于斜拉桥需要考虑不同跨，不同段的龄期，混凝土中掺加外加剂可以有效提高强度，缩短工期^[2]。通过对前人的研究分析可知，该类问题还未完全解决，需要对早期裂缝进一步进行研究，因此文章具有一定的理论意义。

1 单索面宽箱梁结构特性

斜拉桥的梁体决定了桥梁的使用寿命，索塔结构的材质主要为混凝土和钢材，且结构强度较大，出现病害的概率较小，早期裂缝主要表现在宽箱梁主梁。因此在进行梁体材料选择时，应对材料进行严格把控。通过对主梁的材料进行对比分析可知，混凝土梁是最适用于斜拉桥的梁体^[3]。

2 案例分析

2.1工程概况

文章依托于某桥梁进行主梁早期裂缝分析，该桥梁的主梁零号块为预应力体系。横向预应力布置于顶板和横隔板位置，采用钢绞线。纵筋布置于顶板位置，采用钢绞线和螺纹粗钢筋。施工单位进行施工过程中，将零号块划分为三段：（6.3+12.4+6.3）m，长度方向分2次施工，约用混凝土方量为748.8m³。第二次进行浇筑时，两侧各浇筑6.3m，施工方式为挂篮施工。施工过程中为尽早形成两套完整挂篮,将两套挂篮错位且主纵梁中心距为75cm。主梁横断面的布置形式如图1所示。

图1零号块剖面图

2.2裂缝分布情况

通过对斜腹板、翼缘板、横隔板及顶板位置进行检查发现，改部位均有裂纹。对结构进行张拉后无改善。零号块的主梁底板和腹板也出现了裂缝。

通过检测发现: 零号块一次裂为横桥向，长度为1.2m~4.2m，宽度为0.15mm～0.3mm。裂缝主要为贯穿性裂缝。零号块的二次裂缝宽度为0.1mm~0.3mm，长度为0.5m~5.8m，底板裂缝方向为顺桥向，顶板裂缝如图2所示。

图2 箱梁顶板裂缝图

2.3裂缝成因分析

造成混凝土开裂的因素有很多，按照裂缝的产生原因大至可分成如下几类:①荷载引起的裂缝;②温度变化引起的裂缝;③收缩引起的裂缝;④钢筋锈蚀引起的裂缝;⑤施工质量引起的裂缝;⑥养护条件引起的裂缝;⑦工艺不合理引起裂缝;⑧地基变形引起的裂缝。

①温度裂缝

混凝土水化热

混凝土浇筑完成后，水化热现象主要有三个阶段的变化，第一阶段混凝土内部放热；第二阶段水化放热过程逐渐结束；第三阶段温度下降并趋于稳定^[4]。水化热温度变化如图1所示。

图1温度变化图

由上图可知在不同阶段温度均有不同程度的变化，所以在每个阶段均会产生不同类型别的裂缝，裂缝类型对结构的影响也不相同。由于水化热的存在使结构产生内部裂缝和表层裂缝。混凝土T梁非大体积混凝土，所以产生裂缝类型主要是表层裂缝。混凝土水化热是产生早期开裂的主要原因^[5]。

环境温度变化

日温差对桥梁的温度场分布有重要的影响，日温差变化的原因主要包括外在因素和内在因素两方面。外在因素包括太阳的照射、气温和风速、环境温度变化等；内在因素包括结构材料的颜色、桥梁的位置和走向以及项目所处的地理位置和地形变化；组合结构中各种材料的温度敏感系数不同，所以产生了较大温差。结构的外界温度变化可以通过现场实地观察收集温度资料，从日照和气温变化两方面来控制日平均温度对桥梁的作用，通过这种方式来获得温度场的变化规律。温度突变主要在两种情况下会出现：一种是冷空气骤然来袭，环境温度迅速下降，热传递的速率不同，导致结构内外形成温差效应；材料本身存在感温系数，且系数大小不同，当温度发生突然变化时，各个材料间的温度变化不相同，导致桥梁结构出现内力不均的情况。另一种温度突变昼夜交替现象引起的，夜晚出现时，温度迅速降低，外部结构与环境进行热交换，散热较快，内部结构散热较慢，形成较大温差

^[6]。年温差变化是一个长期的过程，在进行年温差变化对桥梁的影响时，需要以构件自身的温度做为参考。

②收缩裂缝

混凝土在凝结硬化过程中骨料会不断的挤密压实，水分不断蒸发，使结构整体发生收缩变化。混凝土收缩产生的裂缝主要发生在结构表面，由于钢筋的拉力作用使混凝土裂缝受到阻碍只表现为较小缝隙。一般宽度为0.05~0.2mm，裂缝分布无明显变化规律。收缩裂缝不影响结构的正常使用，主要影响耐久性和外观。

3 混凝土收缩效应分析

文章通过对主梁零号块进行收缩效应分析，结果如下所示：

①混凝土的收缩效应对主梁底板的横向应力影响程度较大，主梁底板混凝土的横向应力增长值与混凝土的收缩成相同趋势，当拉应力大于混凝土的抗拉承载能力时，对裂缝的产生有较大影响。

②混凝土收缩会对翼缘板混凝土产生影响，横向收缩时导致翼缘板产生弯矩，在弯矩作用下，翼缘板边沿产生拉应力。

③混凝土收缩对横隔板的影响也较为明显，导致全截面处于受拉状态，对横隔板的受力不利。

4 温度效应分析

文章通过对主梁零号块进行温度效应分析，结果如下所示：

①主梁底板横向应力受温度的影响较为明显，混凝土进行水化热时，温度开始降低，混凝土表现为收缩，新老混凝土收缩不均，最终导致主梁出现拉应力，当拉应力超过抗拉承载能力时，会导致裂缝形成。

②温度效应对翼缘板和横隔板的影响较大，温度降低后翼缘板同样产生拉应力。

5 结语

本文通过对斜拉桥早期裂缝进行分析研究，最终得出以下结论：

①文章通过对斜拉桥早期裂缝进行分析结果表明，导致主梁产生裂缝的原因有很多，其中主要因素有温度效应和混凝土的收缩。温度效应主要表现为混凝土水化热以及环境温度的变化。收缩裂缝主要是由于混凝土进行整体收缩过程产生的裂缝，不影响桥梁的正常使用。

②混凝土的收缩效应以及温度效应对主梁底板的横向应力、翼缘板、横隔板的影响程度较大。

参考文献

[1]颜东煌，邹恺为，袁明，谭龙田，刘昀，姚方舟.采用PPC设计的斜拉桥模型疲劳试验研究[J].中外公路，2021，41（01）:59-63.

[2]王献挚，邓治国，李建中.矮塔斜拉桥地震损伤试验研究[J].振动与冲击，2021，40（02）:127-134.

[3]孙全胜，于海涛，徐圣奇.体外束加固稀索钢筋混凝土斜拉桥静力试验[J].长安大学学报（自然科学版），2021，41（01）:39-49.

[4]朱朝银，张贵明，徐自然.南益高速公路南洞庭(胜天)大桥设计构思与创新技术[J].中外公路，2020，40（06）:162-165.

[5]郑和晖，李宁，陈少林.援马尔代夫中马友谊大桥主桥V形墩施工关键技术[J].世界桥梁，2020，48（06）:27-32.

[6]林璋璋,张奕.大跨径混凝土桥梁健康监测的智慧化管理[J].山西建筑,2020,46(22):120-122.

作者简介：沈杰（1983-），男，汉族，安徽霍山人，本科，路桥高级工程师，从事路桥设计、审图工作。