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PC箱梁竖向预应力对腹板裂缝影响的探讨
PC箱梁竖向预应力对腹板裂缝影响的探讨
摘要：大跨径PC箱梁在我国已广泛采用，由于种种原因在施工或者运营过程中常常出现裂缝，带着裂缝工作在很多桥中已经很常见了，尤其是腹板的裂缝较多。本文通过实例利用有限元建立实体单元，从竖向预应力角度考虑，找到其影响腹板裂缝的关系。
关键字：箱梁；腹板；裂缝；预防
中图分类号： TU973+.254 文献标识码： A 文章编号： 1 引言
在我国目前大跨径桥梁广泛采用预应力混凝土（PC）箱梁，箱梁都是采用三向预应力体系，在空间应力状态下，腹板主拉应力对竖向正应力比较敏感。经过近期国内的桥梁普查发现，随着路网的不断完善，完善，越来越多的预应力混凝土变截面连续箱梁出现跨中下挠、腹板裂缝等病害，相关研究表明，有些原因是由于竖向预应力筋的设计不合理和施工质量控制不到位造成的。因此，在大跨径桥梁建设中，应高度重视竖向预应力筋设计的完善与施工质量的有效控制。 对于桥梁设计人员与施工人员要正确认识竖向预应力在腹板内产生的应力特征，提高箱梁竖向预应力的有效应力，减小腹板主拉应力是克服腹板裂缝产生的重要手段。国内外对混凝土腹板裂缝产生的原因进行了分析，从预应力变截面箱梁中的竖向预应力筋，其主要作用是和纵向预应力筋共同控制腹板的主拉应力，从而达到控制箱梁腹板的斜向裂缝，但是在实际工程中，箱梁腹板在施加竖向预应力筋后，在施工及其运营过程中，其斜向裂缝仍然不同程度地普遍出现。研究发现只要有一下几个方面：锚具变形、竖向预应力损失是由孔道摩擦、锚垫板的回缩、温度变形、收缩徐变、混凝土的弹性压缩等引起的损失，但是上述因素引起的竖向预应力损失所占的比列相差比较大。同时对于箱梁腹板在竖向预应力作用下的扩散效应，以及考虑扩散效应和应力空白区的竖向预应力筋设置原则还需要作进一步研究。本文根据实际工程中通过有限元软件模拟箱梁腹板在竖向预应力作用下的
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应力场，分析应力扩散效应，计算和分析不同施工顺序引起腹板竖向应力分布规律的变化。
由于箱梁腹板、顶板等厚度随每一截面不断变化，特别是受力不在同一个平面上或者几何构造比较复杂时，箱梁各板件在空间上就处于3向应力状态。因此，要准确分析箱梁的受力特性，就要选用考虑上述因素的空间分析方法。 局部空间分析计算 计算分析
为了确定裂缝与施工过程的关系，对该桥进行局部受力分析。分析腹板下部的竖向应力与主应力。竖向预应力钢筋分布在3个腹板中，每个腹板两排，每隔0.5米布置作用点；同时腹板竖向预应力为直筋，。混凝土用实体单元来模拟，输入各项实际参数（包括预应力参数），并考虑预应力损失。建立0#块模型，0#块墩底固结。模型见下图1，单元划分见下图2，预应力加载见图3.
图1、有限元计算模型
图2、三向预应力钢束布置
图3、单元划分网格
本文采用重庆涪丰石高速公路中黑竹林大桥的5#块作为分析对象，通过MIDAS FEA有限元分析软件进行分析计算。荷载有结构自重、挂篮荷载、横向预应力、纵向预应力和竖向预应力。同过对比有无竖向预应力来对比腹板应力的大小，来得出竖向预应力对腹板裂缝的产生影响的大小。
模型计算按照竖向应力钢束不张拉、张拉50%以及张拉100%这三种情况来考虑。
在不同的情况下，计算结果取腹板下部其中一个结点应力值作为
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对比值。在竖向预应力张拉100%时，最大竖向应力是0.65MPa，在竖向预应力张拉50%时，最大竖向应力为0.69%，如果不张拉竖向预应力筋，最大竖向应力可达到1.76MPa。
从上面分析计算可以看出，随着竖向预应力的减少，腹板的主拉应力是在逐步的增大。即竖向预应力束对抵抗腹板的拉应力起着重要的作用。同时，还要考虑到温度对