连续梁桥悬臂施工顶板崩裂事故探析

　　【摘要】我国正在大力建设基础设施，交通事业也在大力发展，连续桥梁建设是公路建设中的重点工程。它的结构复杂、技术要求高、影响因素也较多。悬臂浇筑法在连续桥梁建设中具有许多优点，正广泛应用连续梁桥的建设中。但是悬臂浇筑发的采用，桥梁结构容易出现位移和内力变化，从而出现顶板混凝土崩坏的情况。严重影桥梁质量和桥梁施工安全，针对顶板混凝土崩坏的原因结合实际情况施工情况对顶板进行分析。分析由顶板崩坏而引起的悬臂绕度变化和预应力损失等情况。结合模拟结果和施工数据，为悬臂崩坏寻求解决办法。
　　【关键词】预应力混凝土连续梁桥,预应力损失,钢纤维混凝土
　　引言
　　引起连续梁桥顶板崩裂有很多原因，其中最主要的几点是：抗剪和抗弯能力有限、施工方法不恰当、原始设计精度不够、施工工艺没有达到施工精度要求，当以上的一些因素和一些其他的因素叠加产生的压力超过了混凝土的承载能力，结构就会被这些超应力压的开裂[1]。本文将针对在桥梁建设中出现的顶板崩裂的情况提出一些防御和补救的措施。望为连续桥梁建设提供一些理论和实践的指导。
　　1崩裂事故分析
　　1.1模拟崩裂事故
　　模拟预应力混凝土连续梁桥主桥跨径为55m+90m+55m。箱梁是采用预应力混凝土连续，中间跨梁中心高为2•5m，支点梁的中心高为5m，梁高是按照二次抛物线的曲线规律变化。如下图所示。
　　
　　图一
　　在张拉上游21号墩第6节段纵向顶板预应力筋时，在第1节段顶板混凝土在外侧腹板竖向预应力筋的周围出现拱起，裂缝宽度有1•5mm左右，贯穿于整个腹板上端位置上，并沿着中心线方向放射裂纹，发现裂纹后，施工单位暂停了第6节段剩余预应力筋的张拉，裂缝也有随时间增大的趋势，到凿除的时候最大的裂缝已经到了2•5mm。
　　如图一所示。按经典的桥梁建设理论来说，箱梁顶板的竖向正应力为零，中性轴附近剪应力最大，考虑顶板横向正应力的影响，计算出顶板的主应力，由经典梁理论及主拉应力公式可以得出顶板的中性轴主拉应力是最大的。只要主拉应力值大于混凝土的极限抗拉强度值，那么顶板就会产生裂缝。
　　1.2具体崩裂情况分析
　　预应力筋弯曲或位置变化造成的顶板崩裂。顶板预应力筋大都和顶板平行，在不计预应力筋的平弯的情况下，竖平面内就可以看做为抛物线形。预应力筋张拉后会产生向弧心的径向力。[2]因为施工方式不合理，预应力筋孔道发生较大偏移，导致原本设计是向上凸起的孔道，在某些地方反而布置成了向下凹进的孔道了，当预应力筋张拉后，混凝土的顶面就会产生一股径向力，当顶板混凝土的极限抗拉强度小于这种不利应力的时候，顶板也会出现顺向桥梁的裂缝。还一种情况是，孔道向下凹进，勾筋和井字形定位筋间距较大、不牢靠或者设置不足等等因素，成为了顶板预应力筋向下弯曲和偏离设计位置的元凶。当预应力筋对顶板施加预应力时，因为弯曲或者形变，所以预应力筋会产生向上竖向力，如果此处的的混凝土和箍筋的抗剪能力不够，就会导致顶板上的主拉应力增大，当超过了顶板混凝土的极限抗拉强度，则使顶板混凝土崩裂。[3]
　　1.3防止崩裂重点考虑因素
　　根据设计，连续梁桥的悬臂施工方案是：T构对称悬臂施工→边跨合拢→中跨合拢。通过对结构状态和参数等条件进行设计，作出假定。因此结构的实际状态，事先设计时很难准确的估计。加之在实际施工过程中，像施工误差、施工步骤改变和偶然施工荷载等。这些都会引起结构线形和内力的变化。都会使顶板压力过大出现崩裂。进而影响成桥时的安全状态和施工时的安全。
　　2主要监控内容
　　1．混凝土弹性模量的监控。[4]混凝土弹性模量的假定值是无法完全准确测量的出来的，假定值和实际值不可能完全一致，但混凝土弹性模量是非常重要的一个参数，就必须由现场施工实验室做出精确的测量，尽量缩小假定值和实际值的差距。
　　2．混凝土容重及配合比。石料水泥的配比和石料密度等决定了混凝土容重大小，实际容重与计算取值也不可避免的存在差异。在主梁架设前，必须按规范制作混凝土试块，然后测定混凝土的容重[5]。
　　3．截面特性参数。截面尺寸误差是所有的施工都可能存在的，验收规范有个限制的最大误差值。这种截面尺寸误差会直接导致截面特性误差，进而影变形和响结构内力的分析结果。因此在施工中，从立模开始就应当开始对截面特性参数进行控制，一是及时发现成形后的截面特性偏差，二是及时纠正施工中偏差。
　　4．混凝土材料的收缩徐变参数。混凝土会因为各种原因出现收缩徐变，就会导致桥梁线型和内力发生较大变化，因此无论是在施工前或者施工过程中的，都要详细了解混凝土的收缩徐变的量得大小。试算出最好收缩混凝土的徐变参数
　　3采取的加固措施根据分析,
　　顶板混凝土崩裂可以通过对崩裂位置进行修复加固，使大桥和结构满足使用要求。用上个例子做具体说明。
　　1．清除崩裂位置的混凝土，并对主筋进行焊接、加固，按竖向植入防崩钢筋，于此同时在第1节段的桥面铺设一段钢筋网，[6]在腹板处横向桥面板顶层加布钢筋，这个主要是保证主梁悬臂翼缘的安全。
　　2．更换破损的预应力筋管道，调整并准确定位开仓处的预应力筋管道增设U形箍筋，调整锚固在第7~10节段的上游21号墩顶板纵向预应力筋，在原来的基础上加两束，补张拉竖向预应力筋，将因崩裂而损失的预应力补上，满足桥梁设计的要求。
　　3．应用钢纤维混凝土，和第1节段桥面的铺装层混凝土浇筑在一起。
　　4．还需要了解在后续施工和使用中此处的应力变化情况，在之前的凿起区域设置5个应力传感器，了解此处的预应力变化情况，出现异常，及时处理。
　　结语
　　混凝土及箍筋的抗剪能力不够、施工过程中纵向预应力筋偏离了原设计位置、箱梁主拉应力超过混凝土极限抗拉强度等等是让顶板混凝土崩裂的主要原因。防止顶板崩裂主要就是控制和把握以上几个因素。针对在崩裂后引起连带反应，如悬臂挠度变化、预应力损失不利变化，要主动采用增加后续节段的纵向预应力束，和让钢纤维混凝土浇筑加固凿起区域等补救措施。在加固后，观测分析混凝土凿起区埋设的钢弦应变计，对加固结果进行监控观测，让大桥顺利完成合拢。
　　参考文献
　　[1]刘来君,陈跃,段永灿.弯曲应力引起的预应力混凝土箱梁开裂[J].长安大学学报(自然科学版),2003,(5):43-45.
　　[2]钟新谷.预应力混凝土连续梁桥裂缝防治与研究[J].工程力学,2004,21(S1):221-230.
　　[3]姜晓鹏.连续梁桥的线形监控研究[J].甘肃科技,2010,4(8):105-106.
　　[4]张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,2004.
　　[5]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.
　　[6]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,2001.

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