在现代桥梁工程中,预应力混凝土连续箱梁因其优越的力学性能和跨越能力而备受青睐。然而,随着时间的推移和各种非设计因素的累积影响,这类桥梁结构也面临着诸多病害问题。以惠河高速公路东江特大桥为例,该桥在运营数年后出现了裂缝和下挠现象。为了遏制这些问题的进一步发展,有必要深入分析其成因,并采取有效的防治措施。
1. 常见病害及其成因
预应力混凝土连续箱梁通常采用三向预应力体系,这种设计在一定程度上提升了混凝土的性能。然而,由于结构设计、施工工艺、运营荷载等多种因素的影响,结构在不同部位出现了病害:
顶板开裂:裂缝主要沿纵向发展,宽度较小,全桥范围内均有分布。主要原因包括泊松效应引起的横向拉应力、施工工艺控制不当导致的横向预应力张拉效果不佳,以及混凝土早期收缩变形。
腹板开裂:在主梁四分点附近出现斜向裂缝,宽度较大,中跨病害较边跨更为严重。主要原因包括抗剪能力不足、竖向预应力筋较短、张拉工艺控制不当,以及设计中对日照温差荷载的低估。
施工缝开裂:主要发生在腹板和底板,尤其是底板。裂缝宽度不一,主要由于施工工艺和质量控制不当,以及合拢段预应力施加效果不佳。
主梁下挠:主要表现为中跨跨中下挠,下挠量与跨径和运营时间有关。裂缝和下挠现象相互影响,加剧了结构病害的发展。
2. 病害处理方法
在不改变原有结构体系的前提下,混凝土结构病害处理方法主要包括增大截面法、粘贴钢板/纤维法和体外预应力法。前两者为被动加固方法,而后者则为主动改善结构受力的主动加固法:
增大截面法:通过增加结构构件尺寸,提升构件刚度和承载力。
粘贴钢板/碳纤维法:在结构薄弱部位粘贴钢板或纤维布,改善应力状态,限制裂缝发展。
体外预应力法:根据现有受力状态,合理布置体外预应力钢束,改善结构受力,抑制下挠。