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摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱粱橋的開裂可以說是“多發(fā)病”，影響著構(gòu)件的外觀、使用壽命，甚至結(jié)構(gòu)安全；為此，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁齒板錨固處的應(yīng)力以及可能產(chǎn)生裂縫作了分析總結(jié)，以便為加強(qiáng)該處設(shè)計(jì)提供依據(jù)起到減少裂縫危害的作用。...

預(yù)應(yīng)力混凝土橋箱梁齒板錨固裂縫成因分析

羅  銳

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都  610031)

1.問題的提出

    齒板錨頭局壓區(qū)，在其縱向長度大致相當(dāng)于一倍粱高的梁端范圍內(nèi)．由錨具局部壓力引起的應(yīng)力是比較復(fù)雜的一在靠近墊板處產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，在其他部位產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力。當(dāng)錨具受力很大時(shí)，這種拉應(yīng)力可達(dá)到很可觀的數(shù)值，有可能導(dǎo)致構(gòu)件開裂(如圖l所示)。

2.模型的建立

    本模型中混凝土強(qiáng)度等級(jí)取c50．其彈性模量按照規(guī)范采用E=34.5 GPa，泊松比“，則根據(jù)規(guī)范采用0.2所選的單元為ANSYS中的常用的SOLID95單元(高階實(shí)體單元20節(jié)點(diǎn))，將箱粱兩端的自由度全部約束。由于本文只考慮預(yù)應(yīng)力通過齒板對(duì)腹板和底板的影響，所以加載時(shí)在垂直于齒板頭平面縱向方向施加3.74 MPa的均布?jí)毫Γ�相�?dāng)于施加T1621kN的局部壓力(為0vMl57錨具7根鋪絞線施加0.8倍極限荷載1860 MPa時(shí)之和)。

    對(duì)整個(gè)模型分析進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其中齒板單元邊長為0.2。．箱梁體單元邊長為0.4 m．采用自由劃分網(wǎng)格．本模型一共劃分為92962個(gè)節(jié)點(diǎn)，劃分了50666g個(gè)單元，箱梁模型橫截面、透視圖及同格劃分如圖2～圖4所示。

    本模型H考慮箱梁在重力和預(yù)應(yīng)力的作用下，箱梁腹板和底板各個(gè)方向的拉應(yīng)力和主應(yīng)力，這些應(yīng)力的太小在一定程度上影響了箱梁腹板與底板裂縫的出現(xiàn)。

3.裂縫產(chǎn)生的原因分析

    3.1齒板錨固預(yù)應(yīng)力筋對(duì)底板的影響

    由f預(yù)應(yīng)力作用，齒板受到強(qiáng)大的壓力，齒板后面的混凝土將受到拉力，這種拉力大小直接影響到混凝土裂縫的出現(xiàn)與否。整個(gè)底板受拉分布情況如圖5所示。圖中可以看出由于受到重力和預(yù)應(yīng)力作用，箱梁底板跨中受到正彎矩的作用，此段底板在縱向受到拉力的作用，其拉力低于0.7 MPa。隨著正彎矩值的減小，底板由跨中向邊跨的拉應(yīng)力值也相應(yīng)減小。這兩種作用使得底板沿著這個(gè)方向出現(xiàn)一段壓直力，在第一對(duì)齒板橫向兩個(gè)相鄰肯板周圍出現(xiàn)拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力貫穿整個(gè)底板橫截面，由于箱槳兩端自由度約束的原因，靠近邊跨的齒板周圍所受拉應(yīng)力的范圍逐步減小，未形成底板全截面拉應(yīng)力從箱梁底板縱向拉應(yīng)力細(xì)部圖(圖6)可以看出，沿z軸方向的拉直力在每個(gè)齒板頭處向其周邊的混凝土輻射，越靠近齒板頭，該方同的拉應(yīng)力就越大，最大壓應(yīng)力達(dá)到了14.3 MPa，但是這種極限壓力影響的范圍非常小。齒板頭與底板交線處的應(yīng)力值達(dá)到了5.6 MPa。隨著離齒板頭的距離的增大，拉應(yīng)力的值逐漸變小，但這種逐漸變小的應(yīng)力值分布的范圍越來越大，其中橫向相鄰齒板周圍的拉應(yīng)力橫向貫通。齒板頭與底板相交處拉力值超過r混凝上的抗拉強(qiáng)度，是裂縫產(chǎn)生的直接原因。在設(shè)計(jì)上．這個(gè)部位應(yīng)該加強(qiáng)鋼筋的配置。從圖6可以看出在箱梁梗腋處縱向拉應(yīng)力相對(duì)箱梁底板的范圍鞍小，這主要是因?yàn)楣Ｒ傅臋M截面積比底板處橫截面積大。從  圖6中還可“看出，縱向拉應(yīng)力從底板逐漸延伸到腹板。

    3.2齒板錨固預(yù)應(yīng)力筋對(duì)箱粱腹板的影響

    由于齒板與箱梁底扳和腹板邊界相交，齒板在強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力的作用下，必然會(huì)影響到腹板的受力情況，主要悼現(xiàn)在同一側(cè)的齒板之間的腹板受到拉力。如圖7所示。這種拉應(yīng)力在腹板上的丹布情況基本沿著齒板上表面方向傳遞，其影響面積很大。一直延伸到箱粱頂板，其值的大小在1.59 MPa上下，箱梁齒板頭處的縱向拉力更大，但面積較小箱梁中部的腹板在預(yù)應(yīng)力的作用和箱梁自重的作用下大部分受到壓力，齒板后的箱梁梗腋則受到拉力，這充分說明，對(duì)齒板后的腹部加強(qiáng)構(gòu)造筋的配置，對(duì)減少裂縫很有利、由拉力局部圖(圖8)可以看出，在齒板頭與腹板相交處，腹板拉力達(dá)到了4.77 MPa，超過了c50混凝土的抗拉強(qiáng)度在齒板頭的前方腹板和梗腋出觀了一小段壓應(yīng)力，這是由于在同側(cè)齒板預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土強(qiáng)大壓力作用造成的。

    通常由于齒板設(shè)計(jì)的原因，齒板頭的表面和齒板上表面基本垂直．這就連成新施加的預(yù)應(yīng)力有一個(gè)豎直向下的分力。這也會(huì)對(duì)局部箱梁腹板造成拉應(yīng)力，其影響如圖9所示，由圖9可以看出，離齒板頭越近的地方，這種豎直力向的拉應(yīng)力越大，其較大值可以達(dá)到4.2 MPa,大致沿著預(yù)應(yīng)力筋方向擴(kuò)展，在連續(xù)粱橋的箱粱中，豎向拉應(yīng)力通常不會(huì)對(duì)箱粱腹板縱向造成裂縫，因?yàn)楦拱逶谪Q向預(yù)應(yīng)力作用下，縱向預(yù)應(yīng)力對(duì)腹板的拉應(yīng)力通常會(huì)被抵消一部分，因此增加豎向預(yù)直力可以減少箱梁腹板縱向裂縫產(chǎn)生的可能。

    由于齒板與腹板、底板梗腋的邊界相交，在對(duì)齒板頭截面施加壓力的時(shí)候，齒板相當(dāng)于一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)。必然會(huì)對(duì)腹板、底板、梗腋產(chǎn)生拉力的作用。以對(duì)腹扳橫向拉應(yīng)力為例，這種對(duì)腥板拉應(yīng)力在腹板一定范圍內(nèi)可以達(dá)到，MPa(如圖10所示)，可對(duì)腹板內(nèi)側(cè)局部產(chǎn)生裂縫。

4.結(jié)論

    綜上所述錨固預(yù)應(yīng)力筋的齒板在預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)大作用下，會(huì)對(duì)愎板產(chǎn)生各個(gè)方向的拉應(yīng)力，這些拉應(yīng)力在一定程度上會(huì)影響到腹板的開裂狀況。有的只是在重力和預(yù)應(yīng)力的組合情況下，直接超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，有的在其他組臺(tái)下可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，有的在其他組合下可能拉應(yīng)力會(huì)被抵消，本文只對(duì)箱粱在重力和預(yù)應(yīng)力作用下進(jìn)行定性的應(yīng)力分析。其他使用狀態(tài)下的組合需要在建模計(jì)算的時(shí)候考慮不同茼載變化。這種狀態(tài)下的應(yīng)力情況更接近于實(shí)際情況，需要進(jìn)一步研究。

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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