寒冷地区A类预应力混凝土T梁竖向裂缝成因浅析

李亚利 魏建华 刘大鹏

（中交远洲工程咨询有限公司1） 河北石家庄 050035 河北交通职业技术学院2) 河北石家庄 050035）

1 概 述

在多年的高速公路桥梁检查与养护设计工作过程中，经常发现A类预应力混凝土T梁存在竖向裂缝的情况。《公路桥涵养护规范》（JTG H11）和《公路桥梁承载能力评定规程》（JTG /T J21）中明确说明：A类预应力混凝土梁不容许有梁体竖向裂缝。因此，准确分析A类预应力混凝土T梁竖向裂缝产生的原因至关重要，可以为该类桥梁裂缝的检测、养护和维修提供技术依据。

本文以承德市某高速公路为例，对A类预应力混凝土T梁竖向裂缝的成因进行分析。该高速公路建设标准为全立交、全封闭、双向四车道，桥梁设计荷载等级为汽－超20级，挂－120，设计行车速度80公里/小时，2009年9月27日全线通车。通过查阅全国气候分布图，该地区属寒冷地区。冬季寒冷干燥，夏季温和多雨，春季干燥多风，秋季昼夜温差大。年平均气温7.7℃，极端最低气温为-29.9℃，极端最高气温为38℃，昼夜温差较大在10°～20°，特别是阴坡更为明显。无霜期150天，最大冻土深度1.5m。

2 裂缝检查结果

该高速公路上共有57座大桥，上部结构形式均为A类预应力混凝土连续T梁，跨径分为25m、30m两种。其中30mT梁26座，25mT梁31座。

（1）竖向裂缝主要集中在30mT梁，部分25mT梁也存在。

根据桥梁定期检查结果，对有竖缝的桥梁数量进行了统计，发现竖缝的桥梁共计21座，占T梁桥总数的36.8%。其中，25mT梁桥有31座，有竖缝的有8座，占25mT梁桥总数的25.8%。30mT梁桥有26座，有竖缝的有13座，占30mT梁桥总数的50.0%。见表1所示。对有竖缝T梁的数量进行了统计，有竖缝的T梁共计117片，占T梁总数的14.3%。其中，25mT梁265片，有竖缝的有24片，占25mT梁总数的9.1%。30mT梁555片，有竖缝的有93片，占30mT梁总数的16.8%。如表2所示。

表1 有竖缝的T梁桥数量统计表

表2 有竖缝的T梁数量统计表

（2）竖缝主要是集中在跨中附近的T梁腹板，部分开裂至T梁马蹄侧面。竖缝在梁肋内外两侧大致对称分布。

（3）裂缝宽度一般小于等于0.1mm，少量大于0.1mm但小于0.15mm。且沿裂缝走向宽度基本一致。

（4）根据历年桥梁的定期检查结果，比较分析后发现竖缝长度和宽度未发展，但部分裂缝新发现有开合掉角痕迹。

裂缝典型照片如图1所示。

图1 典型T梁竖向裂缝照片

3 裂缝主要成因分析

3.1 温差作用

温差包括大气温差和梁体内外温差两种，都会在混凝土表面产生较大拉应力。由于温差引起的最大拉应力在中间，如其超过抗拉强度，则混凝土出现开裂，于是应力重分布，而应力分布后的梁段最大拉应力仍然在开裂后的每段中部出现，当其仍超过抗拉强度时，又将第二次出现裂缝，如此下去，均从中间开裂，一直到中间最大拉应力小于混凝土的抗拉强度，裂缝便稳定，不再增加。如图2所示。

图2 温度应力及裂缝分布示意图

T梁上部翼板和下部马蹄配筋密集，约束刚度大，腹板截面厚度小、配筋少、表面约束小，梁体在温差等因素作用下，腹板处易先出现竖向裂缝。如果马蹄处存在混凝土缺陷、预应力度低等也会产生裂缝。

T梁温度应力产生的竖向裂缝主要有以下几种形态：（1）该裂缝具有规律性，它们一般沿跨长方向分布，间距一般相等。（2）一般分布在跨中、两个横隔板之间等区域。（3）裂缝分布在梁肋，呈等宽。主要出现在腹板，部分裂缝会出现在马蹄倒角甚至马蹄侧面，极少量在马蹄底面。

该高速公路预应力混凝土T梁竖缝基本满足上述形态，因此可推断温差作用是竖缝产生的主要原因之一。

3.2 设计原因

该高速公路设计年代较早，当时的T梁设计参数与按现行规范设计参数相比，在荷载标准、截面尺寸、配筋、结构计算方法等方面均存在一定薄弱环节。这些因素均可能导致T梁产生竖向裂缝。笔者将不同设计年代、相同桥面宽度、相同跨径的预应力A类混凝土T梁主要设计参数进行了对比，如表3所示。

3.3 其他原因

施工原因：（1）过早张拉预应力，不仅会造成应力损失，而且会使构件产生微裂缝，降低抗裂性能。（2）保护层厚度可能不均匀或局部不满足要求。（3）T梁截面小，配筋率高，若施工不当易造成该处混凝土密实性存在缺陷。

目前重载车辆数量多，通行频率高，重荷载反复对桥梁作用，T梁可能在重载、温度等作用的偶然组合下出现竖向裂缝。

4 结论及建议

根据定期检查结果和裂缝成因分析，初步判断裂缝不是结构性受力裂缝，裂缝的产生和发展与温差作用、原设计偏弱、施工不当、重荷载通行等原因的一种或多种组合有关。由于定期检查难以判明裂缝深度、准确成因及其对桥梁承载能力的影响程度，建议对桥梁进行特殊检查。特殊检查内容包括：（1）裂缝深度检测。（2）材质参数检测。包括混凝土强度、保护层厚度、碳化深度、钢筋锈蚀、混凝土密实性等。（3）建议选择典型桥梁进行静载试验。（4）根据特殊检查结果对桥梁进行承载能力检算。（5）对竖缝进行专项处治设计。

表3 预应力A类混凝土T梁主要设计参数对比表