关于箱梁端头底板边缘处开裂的原因分析及控制措施

关于箱梁端头底板边缘处开裂的原因分析及控制措施

王永涛

中铁二十一局集团路桥工程有限公司 411424198903146278

摘要：通过预制后张法预应力混凝土铁路箱形底板边缘张拉后容易开裂的问题，对开裂问题进行分析。重点剖析由于箱梁预初张时，梁体产生压缩位移，造成摩擦力大于混凝土抗拉强度，致使箱梁底板边缘处开裂。

关键词：预应力混凝土  开裂原因  摩擦力

1 概述

高速铁路预制双线简支箱梁以抗扭刚度大、受力明确、建设速度快、易保证质量、建成后的桥梁养护工作量小以及噪声低等优势，在铁路工程中被广泛采用。铁路预制箱梁自重大、不宜更换，要求其具有良好的耐久性。预应力混凝土的抗裂性直接影响结构的耐久性，保证结构的抗裂性非常有必要。在实际的箱梁预制生产中，由于施工中各种因素的影响，箱梁底板边缘处混凝土比较容易开裂，因此有必要对开裂原因进行深入探讨和论证。

2 箱梁底板边缘摩擦力产生原因

根据《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》GB/T 37439-2019 规范中，箱梁预施应力宜按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行，预、初张拉宜及时进行。在梁场的实际生产中，根据设计图纸要求，箱梁混凝土强度在达到设计强度的60％时进行预张拉，达到设计强度的80％时进行初张拉，达到设计强度的100％、混凝土弹模达到设计要求和龄期不低于10d时进行终张拉。由于箱梁预、初张时放在制梁台座上进行，箱梁张拉时产生向上的翘曲力，箱梁端部底板部位受力较大，而且混凝土的弹性模量未达到设计强度，梁体会产生较大的收缩，会与底侧模产生相对位移，因此产生摩擦力，当摩擦应力力大于混凝土抗拉应力时，混凝土表面就会开裂，这是造成开裂的主要原因。

3 箱梁混凝土底板边缘处开裂的原因分析

由于箱梁底板混凝土开裂的根本原因是摩擦应力大于混凝土抗拉强度，底板混凝土的浇筑质量也影响混凝土开裂的因素之一。在箱梁底板处有支座预埋板和防震落梁等预埋件，此处钢筋较密，混凝土不宜振捣密实，能流入底板的混凝土粗骨料比较少，导致混凝土强度和弹性模量较低，混凝土抗拉强度较低，导致此处混凝土比较容易开裂。

如上文所述，摩擦力较大是产生裂纹主要原因，箱梁张拉时是两端同时张拉，由于存在孔道摩阻损失的原因，在梁端的产生预应力比较大，根据胡克定律，F=-Kx，力越大产生的位移较大，根据现场实际测量，通桥（2016）2229-Ⅰ的梁在预初张后，梁端普遍压缩5mm左右。根据端头孔道位置的布置，梁体张拉后会产生向上的翘曲力，因此会在梁端模板处产生较大的压应力，又由于为了增强箱梁混凝土结构的抗裂性，预初张会比较早的进行，混凝土受力弹性压缩较大，产生位移，根据摩擦力公式f=uFn,摩擦系数u一定的话，Fn越大，摩擦力就越大，这是此处会产生裂纹的原因。由于混凝土的压缩不是一次就完成的，它是缓慢的、持续完成的，因此摩擦力会持续一直存在，直到梁体与模板分离开，因此箱梁底板混凝土与模板接触的时间越长摩擦力作用时间越长，混凝土越容易开裂。

4  裂纹的控制措施

   根据前文裂纹产生的原因分析，可以制定以下控制措施

⑴加强梁端预埋件处混凝土的振捣，梁端混凝土应分层浇筑，分层振捣密实,分层不宜太厚；由于钢筋比较密集，梁端底板混凝土采用30型振捣棒进行振捣，分层厚度不大于30cm。

⑵在梁端处梁体与模板接触面粘贴胶带或涂抹黄油，使梁体压缩受模板限制的作用减弱，以此来减少摩擦系数，减小摩擦力。

有裂纹（未粘贴胶带前  ）                         无裂纹（粘胶带后）

⑶在箱梁预初张完成后，及时提移梁，减少梁体与模板的接触时间，减少摩擦力作用时间。

⑷在梁端底侧模处模板做成活动块，在拆除端模时一起拆除，梁端混凝土与模板无接触，无摩擦力的存在，从根本上消除此处混凝土开裂的因素。

5 结束语

永登梁场从第68孔梁～77孔采取第1项措施，其余施工工艺不变，裂纹还是时常发生，发生率达到60％；通过对78孔～204孔箱梁采取第2和第3项控制措施，只有6孔梁端底板倒角处出现裂纹，无裂纹保证率达到95.3％，极大改善了梁体外观质量，有力证明了摩擦力是造成梁端混凝土开裂的主要原因。

参考文献：

【1】孙金更·铁路箱梁静载试验开裂原因分析及控制措施

【2】·《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》GB/T 37439-2019