薛中洲1周鹏2
（1.江苏省交通规划设计院股份有限公司210005；2.江苏省交通规划设计院股份有限公司210005)
摘要：根据PC连续刚构桥主跨跨中附近底板崩裂的病害特征，利用有限元分析软件对合拢段底板进行了局部应力计算，并对比分析了底板下缘保护层厚度的改变对局部应力的影响，提出了底板保护层厚度设计的建议。
关键词：连续刚构桥保护层厚度局部应力混凝土崩裂
Boxgirderfloorcoveringlayerthicknessofthestudyontheimpactofconcretecracking
XueZhongZhou1ZhouPeng2
(1.Jiangsutrafficplanningdesigninstituteco.,LTD.210005;2.Jiangsutrafficplanningdesigninstituteco.,LTD.210005)
Abstract:basedonthePCcontinuousrigidframebridgeacrossthemainspaninthenearbottomburstdiseasecharacteristics,usingfiniteelementanalysissoftwaretofoldperiodofbaseplateofthelocalstresscalculation,andcontrastanalysisofthefloorloweredgeprotectionlayerthicknessofthechangesontheinfluenceofthelocalstress,andputforwardthebottomcoverthicknessdesignproposal.
Keywords:continuousrigidframebridgecoverthicknesslocalstressconcretecracking
0引言
近年来，随着大吨位预应力技术的大量采用，以及箱梁宽度的增加和底板厚度的减薄，一些连续刚构桥在施工和运营过程中，跨中附近的箱梁在底板位置出现了混凝土崩裂的问题。如在张拉中跨底板合龙束的过程中，底板束下方混凝土大面积破损脱落，底板钢束及底板钢筋发生向下的变位，波纹管撕裂。连续刚构施工过程中底板崩裂的病害已经很大程度上影响了桥梁结构的安全性能，有关学者和专家对其进行了分析研究。
彭元诚［1］认为，由于箱梁截面高度的变化，底板预应力钢束产生的径向附加力是连续刚构桥梁底板崩裂的主要原因。李坚［2］认为，为了有效地防治这种桥梁病害的发生，连续刚构合拢段箍筋间距采用20cm，其余段采用25～30cm，纵向箍筋的间距应从合拢段向其他段逐渐增大。贺华刚，钟明全，郝付军［3］提出在连续箱梁桥主跨跨中长约L／5区段(L为主跨跨径)的节段交接处设置底板横肋，能有效地减少底板最大横向拉应力，对预防底板纵向裂缝有显著效果。
2005年，国道主干线上海至瑞丽公路(贵州境）的某连续刚构桥在施工过程中发现中跨跨中附近底板存在崩裂现象。本文通过对该桥中跨合拢段的一节1.5m梁段进行局部应力分析，得出在中跨合拢段底板下缘保护层厚度对混凝土崩裂的影响。
1.工程概况
主桥为115m+200m+200m+115m预应力混凝土连续刚构桥，桥梁平面位于直线上，纵面在-2.4%的纵坡上，桥面横坡为2%。桥梁设计荷载：汽车—超20级，挂车—120。梁体采用全预应力，单箱单室变高度箱梁。主梁根部梁高11m，跨中梁高3.7m，其间梁高按1.5次抛物线变化。底板厚度由跨中30cm按照半立方抛物线渐变至悬臂根部的120cm。跨中腹板厚度40cm，根部腹板厚70cm。
箱梁采用三向预应力结构，纵横向预应力采用低松弛钢绞线，竖向预应力采用精轧螺纹钢，其中中跨底板束16束，下拉控制应力为1395MPa。
箱梁施工采用挂篮悬臂浇筑(两端部支架现浇)，中跨设3m的合拢段，箱梁各部位混凝土强度等级为C50。
2．箱梁底板保护层厚度对混凝土崩裂的影响
2.1计算模型的建立
连续刚构中跨结构是对称性结构，且中跨合拢段为等截面水平直线箱梁梁段，故简化模型为中跨合拢段的一半(1.5m箱梁梁段)。为了较明显地反映预应力张拉时径向力对箱梁底板的影响，从简单计，忽略轴力对箱梁的影响；为真实地反映预应力束张拉过程中孔道部分的受力情况，故不考虑孔道的灌浆，而是具体地模拟出各个空孔道模型(横截面左右对称各8束钢束)。模型的位移边界条件：腹板上端固结。工况:分析中将箱梁底板模拟成圆滑曲线,其中跨合拢段梁段截面处的曲率半径R为347.6m，中跨合拢段梁段径向外崩力为312.9KN/M。模型建立同图1。
为了分析底板中预应力波纹管净保护层对底板应力的影响，在计算模型中保持底板厚度为30cm，波纹管直径为10cm，波纹管之间的间距为19cm，改变底板波纹的净保护层厚度，从而分析波纹管的净保护层与外径之比D/h和箱梁底板最大横向应力、最大竖向应力和最大主应力之间的关系。所以计算模型中分别将波纹管距离底板下缘净保护层厚度为13、12、11、10、9、8、7、6、5厘米。
图6底板波纹管外径与净保护层厚度之比D/h和底板管道下方最大横向拉应力的关系图
3．结论
通过对连续刚构中跨合拢段梁段底板的有限元局部应力分析，我们可以得出以下结论：
(1)底板梗腋出呈现明显的上缘受拉下缘受压的横向正应力，且梗腋处底板上缘为底板横向拉应力最大的位置。波纹管基本居中时，梗腋上缘拉应力最小，当波纹管距下缘的保护层厚度较小时，梗腋处上缘拉应力较大，同样，当波纹管距下缘的保护层厚度较大时，距上缘的保护层厚度较小，梗腋处上缘拉应力也较大。
(2)底板中轴线附近出呈现明显的下缘受拉上缘受压的横向正应力，底板下缘横向拉应力最大的位置在最靠近中轴线的管道下方，当波纹管净保护层厚度较小时，管道底部的局部横向拉应力占主导地位，且拉应力增长极快。当波纹管距下缘的保护层厚度较大时（D/h小于1.3左右时），其对管道下方最大横向拉应力影响较小，当D/h超过1.3时，其对管道下方最大横向拉应力影响较大。
(3)底板预应力管道周边有较大的主拉应力，且主拉应力最大值数值与管道下方横向拉应力最大值基本相同。波纹管外径与距下缘保护层厚度之比D/h对底板管道周边局部主拉应力影响明显，D/h越大，管道周边局部主应力越大，显然可以得出：随着波纹管外径与距下缘保护层厚度之比D/h小于1.4时左右时，最大应力基本不变，此时，主应力与竖向正应力分布雷同；当D/h大于1.4时，递增速率急剧增大，此时说明管道周边出现局部较大的横向拉应力。
参考文献
[1]彭元诚.连续刚构箱梁底板崩裂原因分析与对策.桥梁建
设，2008(3).
[2]李坚．我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践．城
市道桥与防洪，2001.
[3]贺华刚，钟明全，郝付军.大跨宽箱PC连续刚构主跨底板钢束空间分析.山西建筑，