施工期损伤箱梁开裂机理研究及工作性能判定

陈栋栋

（山西省交通科学研究院 桥梁工程防灾减灾山西省重点实验室，山西 太原 030006）

在预制梁场存梁区，时常会发现一些箱梁在跨中腹板上部出现竖向裂缝；这就需要在梁体使用前对其裂缝截面及裂缝性质进行确认，确定裂缝的存在是否对梁体受力性能存在影响，最终做出相应的处治方案。

1 工程概况

某高速公路预制梁场，存放1片25 m（边跨边梁）带裂缝的预制小箱梁，经对其进行外观检查发现在其左、右侧腹板跨中附近均存在竖向裂缝，详见表1。

表1 外观检查状况表

图1 梁体裂缝示意图

2 单梁静载试验

2.1 测点布置[1]

选取跨中截面进行应力测试，测点对称布置在两侧腹板上；跨中、四分点、支点断面进行挠度测试，跨中及支点均在左右侧设置2个挠度测点；距跨中最近竖向裂缝（②号裂缝）进行裂缝断面测试；测点布置见图2～图4。

图2 测试现场

图3 裂缝处测点布置（单位：cm）

图4 应力、挠度测点布置（单位：cm）

2.2 静载试验

根据现场实际情况，综合考虑各种因素，本次加载采用混凝土盖板（4.6×1.0×0.4）m进行加载。加载前对各盖板外观尺寸进行确认，确保加载重量的准确性。每块盖板重量平均为47.84 kN，分4级进行加载，加载位置见图5、图6。

本次单梁静载试验加载效率为103.8%，符合《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）中5.4.2 条款规定[2]。

图5 加载平面示意图

图6 加载立面示意图（单位：cm）

2.3 试验结果及分析

2.3.1 应变测试结果

表2 跨中断面应变测试结果比较表（“-”为拉应变）

由表2可知，试验荷载作用下，损伤梁体跨中截面下缘正应力校验系数为0.91，虽跨中截面抗弯强度能满足设计要求，但校验系数较正常工作梁体明显偏大，安全储备较小。

表3 裂缝断面应变测试结果表（“-”为拉应变）

由表3可知，试验荷载作用下，裂缝断面（②号裂缝）下缘正应力校验系数为1.20，表明该断面现有的抗弯强度已不能满足设计要求。

2.3.2 挠度测试结果

表4 跨中挠度测试结果比较表（“-”为下挠）

由表4可知，试验荷载作用下，损伤梁体跨中挠度校验系数为1.16，表明试验梁现有的抗弯刚度已不能满足设计要求。

2.3.3 裂缝观测结果

表5 裂缝宽度变化表（第1次加载） mm

表6 裂缝宽度变化表（第2次加载） mm

a）由表5、表6可知，试验荷载作用下，千分表2处裂缝宽度变窄、千分表3处裂缝宽度变宽，截面开裂后中性轴位置介于千分表2与千分表3之间。

b）未开裂正常工作梁体截面中性轴位置应介于千分表1与千分表2之间。

c）由a）和b）可知，裂缝的存在导致截面中性轴高度降低。

d）试验荷载作用下，跨中底板出现3条横向裂缝，长70 cm、宽0.06 mm，卸载后裂缝基本消失。

3 结论

a）竖向裂缝形态呈现上宽下窄状，分析原因主要为：

（a）张拉预应力前混凝土弹性模量偏低，导致张拉时梁体上拱较大上缘开裂。

（b）在吊装移梁过程中，梁体跨中受意外荷载作用导致跨中截面承受负弯矩。

b）弹性模量偏低加之裂缝对梁体造成的损伤使得试验梁现有的工作性能已不能满足设计要求。