【doc】宁波招宝山大桥保留结构主梁裂缝成因分析及处理措施

【doc】宁波招宝山大桥保留结构主梁裂缝成因分析及处理措施 宁波招宝山大桥保留结构主梁裂缝成因分 析及处理措施 2 反 宁波招宝山大桥保留结构主梁裂缝成因分析及处理措施崔铁万.镣爱敏,胡佳安,欧阳华林31 文章编号:1003—4722(.?JJC,I)03—0031—04 宁波招宝山大桥保留结构主梁 裂缝成因分析及处理措施 崔铁万,徐爱敏,胡佳安,欧阳华林 (1.中铁大桥勘测设计院,湖北武汉430050;2.宁波兴业大桥有限公司,浙江宁波315801 3.中铁大桥局桥抖院,湖北武汉430o34) 摘要:宁波拓宝山大桥主梁在施工阶段及压溃过程中产生了较多的裂缝,介绍在加固重建 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 的设计中,对裂缝的成因及后期的发展趋势进行的研究,提出了裂缝的处理方法.通过对保留 结构主梁的裂缝进行结构补强,压力灌浆及表面封闭,再辅以主梁外袁的防腐涂装,可以保证结构 的安奎和耐久性. 关键词:预应力混凝土梁;裂缝;成园分析;修补;防腐;潦装 中图分类号:U445.71文献标识码:A TheAnalysisoftheCauseofFormationofCracksandthe MeasuresofTreatmentoftheGirderintheRetained StructureofZhaobaoshanBridgeinNingbo 砌T/e-wan,XUAi-min,删Jia-an,OUYANGHua-~n (1.ChinaZhm,g~eB姆ReconnaissanceandDesignI?.Wuhan430050,China; 2.NingboXingyeM丑jB,ia~Co,Ltd.,Ningbo315801,China;3.TheB,ia~Science ResearchIn~tuteof(naZhongtieM【?BridgeE雌GroupCo.,Ltd.,Wuhan430034,CI) Absn*t:Quiteanumberofcracksoeeun~duringtheconstructionandintheaeeidentofbuckingof themaingirderofZhaobaoshanbridgeinNingbo,Intheperiodofdesiforstrengtheningandrehabilitation, researcheswe/'~madeonthecauff~ofcrackformationandthetendencyofitslaterpropagation,andthemea? sureoftreatmentofthesecrackswasproposed.Bypressure— groutingandsurfacesealingaccmnpaniedbythe structuralstrengtheningoftheretainedstructureandtheanti?corr~ionpaintingontheexterna lsurface,the safetywere.. anddurabilityofthestructureguaranteed Keywords:prestressedconcretegirder;fracture;geneticanalysis;mend;corrosionresistant; painfing 1工程概况 宁波招宝山大桥位于甬江人海口,横跨镇海区 的招宝山和金鸡山.主桥为五跨连续带协作体系的 独塔双索面斜拉桥,桥跨布置为74.5m+258nfl+ 102nfl+83m+49.5nfl.主粱为预应力钢筋混凝土 结构,梁高2.5m,梁宽29.5nfl.标准截面为双箱单 室开口箱形截面,开口部分宽度为13.5m,底板及 斜腹板板厚均为l8elm,横隔梁间距4m.主梁利用 牵索挂篮以8nfl一个节段,由桥塔处向两岸悬臂现 浇施工. 本桥于1995年动工兴建,1998年9月斜拉桥主 梁施工至23号块时(共25块),主粱上游侧16号, 17号块和下游侧15号,16号块施工缝附近的底 板,斜腹板发生了压溃破坏事故.之后,有关单位的 收稿日期:2001—03—26 作者筒介:崔铁万(1969一),男,朝鲜族,工程师,1991年毕业于西南交通大学桥梁工 程专业,工学学士, 32桥梁建设2001年第3期 代表对主梁进行了全面仔细的裂缝普查. 2主梁裂缝描述 ,斜腹板裂缝 2.1底板 典型裂缝分布见图1.此类裂缝主要有2类: (1)在2号一9号块底板底面的施工缝附近,有 呈月牙状的弧形裂缝,长度在0.1—2.0m之间,宽 度0.05—0.1I珊1,均位于该节段施工方向的前端. (2)大部分节段的底板及斜腹板底面均出现了 密集的细小裂缝.裂缝分布在底板与斜腹板交界处 附近,斜腹板裂缝大多呈斜向分布,少数呈纵向水平 方向.裂缝宽度在0.05—0.15I珊1之间. /,! 轿 直曩 量对一 扳称一 心 垃 2.2横隔梁裂缝 典型裂缝分布见图2. 单位衄 1底板,斜腹板底面的典型裂缝分布 围 24号一25号墩间主梁裂缝主要有2类 (1)顶板顺桥向裂缝 围2横厢粱典型裂缝分布 (1)中问开口箱横隔梁 自来水管预留孔周围有少量沿孔径向的裂缝, 长度为l0—30cm,宽度0.1m左右;沿横隔梁预应 力波纹管位置出现裂缝,裂缝长度在0.8—2.5m之 间,宽度为0.05—0.1mm. (2)边箱横隔梁 在边跨5,10块边箱.沿横隔梁预应力波纹管 轨迹均有裂缝.长度为0.3—2.0m,裂缝宽度在 0.05—0.15I珊1之间. 2.3主梁实体肋内侧裂缝 主梁太部分节段的上下游实体肋内侧部位均发 现有裂缝,基本呈水平方向,长度为0.11.5m,大 部分裂缝的宽度在0.02—0.05rmn之间,少数达到 0.1mm左右.典型裂缝分布见图3. 2.424号一25号墩间(即49.5rn跨)主梁裂缝 主梁边箱顶板顶面靠近直腹板附近.各有一条 长约30m.宽约0.2??n的顺桥向裂缝.顶板底面 靠近实体肋附近有数条几乎平行分布的顺桥向裂 缝,断断续续,长约20一加m,裂缝宽度在0.05 0.1mm之间.典型裂缝分布见图4. 圈3实体肋内侧典型裂缝分布 围4曲.sm辟主粱顶板底面典型裂缝分布 (2)底板及斜腹板裂缝 底板底面发现了较多的斜向裂缝,分布在靠近 宁渡招宝山大桥保留结构主粱裂缝成因分析及处理措施崔铁万,绦爱敏,胡佳安, 欧阳华林33 24号和25号墩范围内.裂缝长度在1.0—4.0/lfl之 问,宽度为0.15—0.2?lrrI.斜腹板的底面也有一定 数量的斜向裂缝,大部分是从底板延伸过来的,裂缝 长度在0.53.0m之间,宽度在0.1I唧左右.典 型裂缝分布见图5. / 图549.5m跨主粱底扳底面典型裂缝分布 3裂缝产生的成因分析 裂缝产生的原因,一般可以分为由荷载(包括结 构自重,预应力和活载等)引起的裂缝和由变形(包 括混凝土的收缩,徐变,模板的变形及温差等)受到 约束引起的裂缝.混凝土材料的诸多特性及特有的 施工工艺 钢筋砼化粪池施工工艺铝模施工工艺免费下载干挂石材施工工艺图解装饰工程施工工艺标准钢结构施工工艺流程 ,决定了混凝土结构物产生裂缝往往是多 种原因(如材料构成,结构构造,施工工艺,环境条件 等)共同作用的结果,精确分析其影响程度是非常困 难的,且本桥的裂缝观测是在主梁压溃破坏以后进 行的,裂缝产生的具体时问无法确认,给裂缝分析带 来了困难.因此,本文仅对裂缝产生的主要原因进 行分析. 3_1分析思路 通过对上述4类裂缝的初步分析,可以发现裂 缝出现的位置,方向等方面有较明显的规律性.由 此初步推断,以上裂缝多数是由荷载引起的结构性 裂缝.为此分别建立了标准节段和49.5/lfl跨主粱 空问有限元计算模型,利用SAP91软件进行了相关 的分析验证. 3.2主梁标准节段计算模型 纵桥向取6号,7号块2个节段,共16m;横桥 向按对称性取半桥计算.节点为9890个,单元为 5168个. 有关计算模型说明如下: (1)单元计算 采用三维8节点块单元,使用不协调位移模式, 按中等程度扭曲的单元计算. (2)边界条件 6号块端部(靠桥塔侧):除横桥向水平位移约 束释放外,其余约束; 对称轴上的顶板和横隔梁:除横桥向水平位移 约束外,其余释放. (3)模拟实际加载过程,荷载按4个工况考虑. 工况一:在7号块端部施加纵向预应力; 工况二:工况一+斜腹板预应力; 工况三:工况二+横隔梁预应力; 工况四:工况三+索力和自重. (4)普通钢筋的作用未计. 结构出现裂缝以后,将使结构的刚度降低,并将 发生应力重分布,此影响本文中未考虑. 3.349.5/lfl跨主粱空问有限元计算模型 纵桥向取64.835m(支架上现浇部分),横桥向 按对称性取半桥计算. (1)边界条件 桥梁中心线处:横桥向水平位移约束外,其余释 放;24号,25号墩:实际布置支座处竖向位移约束, 其余释放;21号块端面:顺桥向水平位移约束,其余 释放. (2)加载工况 工况一:一期恒载; 工况二:一期恒载+二期恒载; 工况三:一期恒载+二期恒载+汽车. 其它与标准节段计算模型相同. 3.4裂缝成因分析 34.1底板,斜腹板裂缝 (1)经调查,底板月牙形裂缝是由于底板薄,预 应力筋偏少,在主梁施工中,牵索挂篮对主梁产生上 拉力,因此产生了底板月牙形裂缝.从9号块以后 增加了底板预应力钢筋,此类裂缝未再发生. (2)工况三(张拉横隔梁预应力)时,底板,斜腹 板底面交界处附近纵桥向的主拉应力分布见图6. 由图可见,最大主拉应力超过了3.0MPa,并且主拉 应力沿纵桥向分布的峰值区域与出现裂缝的位置吻 合.其余工况的应力均比工况三低.由此可以判 断,底板,斜腹板底面的裂缝是张拉横隔粱预应力时 产生的.另外,节段间混凝土龄期差引起的收缩差 异也有一定的影响. 3.4.2横隔粱裂缝 =磊露 节段后? 单位:- 围6底板,斜腹板底面交界处附近 纵桥向的主拉应力分布 桥梁建设2001年第3期 (1)自来水管预留孔处,由于传力方向截面的 突然变化,引起局部应力集中,导致该处沿径向产生 了少量裂缝. (2)原设计横隔梁厚度为25cm,在下缘布置有 预应力钢绞线,由于波纹管的外径为10cm,横隔梁 在波纹管处的净厚度仅有15cm.另外,此处构造钢 筋过少不难确定,横隔梁在波纹管处的净厚度不 够及构造钢筋不足是引起开裂的主要因素. 3.4.3主梁实体肋内侧裂缝 工况三(张拉横隔梁预应力)时,实体肋内侧纵 桥向的竖向应力分布见图7.由图可见,最大拉应 力为0.86MPa,其峰值区域与裂缝出现的规律吻 合.原结构在此位置配筋较少,仅配置?12钢筋,问 距20cm.另外,主梁内模刚度较大,实体肋部分混 凝土收缩受到约束,也是l起开裂的原因之一. 图7实体肋内侧纵桥向的竖向应力分布 3.4.424号一25号墩间(即49.5m跨)主梁裂缝 49.5m跨主梁产生裂缝主要是由主梁构造布 置不当引起的,表现在以下4点: (1)主梁截面过于单薄,顶板,底板及斜腹板厚 度与其相应的受力不能适应 (2)在43.8m无斜拉索区域,主梁两侧仍设有 重量较大的实体肋,加之没有设置横隔梁,使桥面板 产生了较大的横桥向轴向力,最终导致桥面板顺桥 向严重开裂. (3)对于支点附近的主梁,由于剪力较大,此范 围内的斜腹板及底板没有进行加强,引起主拉应力 过大,导致在斜腹板及底板产生斜向裂缝. (4)顶板,底板及斜腹板的横向钢筋布置较少, 不能满足相应的受力要求. 空间模型的有限元分析结果确认了上述判断, 限于篇幅不再赘述. 4保留结构主梁的裂缝处理 4.1裂缝处理的基本原则 '(1)裂缝位置后期荷载产生的拉应力超过容许 值时,应对裂缝进行朴强处理 (2)裂缝已经贯通时,应对裂缝进行朴强处理. (3)对于直接受雨水侵渗的桥面板裂缝,采用 抗渗性能高的xY阳((赛柏斯)材料进行处理. (4)不符合上述3条时,裂缝按耐久性进行处 理:裂缝宽度?0.15mm时,采取压力灌浆;裂缝宽 度<0.15mn!时,仅作表面封闭处理. 4.2裂缝处理的范围 (1)采用XYPEX(赛柏斯)材料进行处理的裂缝 对于顶板顶面的裂缝,如果裂缝宽度?0.15mn!, 则先进行压力灌浆,再涂刷xYPEX(赛柏斯)材料. (2)粘贴钢板进行补强处理的裂缝 在离24号墩3—12m处的49.5m跨的底板底 面粘贴钢板条进行裂缝补强处理. (3)灌浆及封闭处理的裂缝 全桥其他各类裂缝根据裂缝宽度进行压浆或封 闭处理. 4.3裂缝处理的时问 首先进行顶板顶面裂缝的处理,其中49.5m跨 的顶板顶面的裂缝应在本跨加固体外横向预应力索 张拉之前完成,而底板底面粘贴钢板条应在本跨加 固完成后进行.其他位置的裂缝可由施工单位根据 工序安排,以不影响主梁的重建和加固施工叉能够 保证处理质量为原则. 4.4裂缝处理的施工工艺 4.4.1XVPEX(赛柏斯)材料涂刷工艺 作为一种用于混凝土防水和混凝土保护的高科 技化学新型材料,其配制和涂刷工艺应在厂家技术 人员的指导下进行. 4.4.2粘贴钢板条的施工工艺 (1)标出裂缝的宽度,按裂缝宽度?0.15mm和 <0.15mn!进行区分. (2)对宽度?0.15mm的裂缝进行灌浆. (3)开凿需粘贴钢板条的孔位. (4)混凝土表面凿毛. (5)钢板条的处理. 4.4.3封闭裂缝处理工艺 (1)将裂缝沿裂缝方向分成小段,并用切割机 将缝锯成小槽. (2)清洗小槽. (3)在小槽内及两侧涂环氧胶液. (4)用根据现场温度配制的环氧胶泥填充小 槽,并压实抹平. (5)环氧胶泥固化后,若表面不平,必须打磨 平整. (下转第44页) 桥梁建设2001年第3期 I ? 单位la 图ll模型计算剪应力分布 (3)模型开裂后,仍有较大的抗剪承载力,模型系[圳北京:清华大学出版社,1997. 二的极限承载力大于2.25倍的开裂荷载.模型在[2]铁道部大桥工程局桥梁科学研 究院.石长线湘江铁路 开裂前的剪应力分布均呈两端大,中间小的分布形桥剪力键模型试验研究报告 [R]1995. 态,是模型具有较大的裂后承载力的原因所在E3]黄兆龙?混凝土材料品质试验 [M]?台湾詹氏书屋, 1996. 参考文献:[4]李德寅,王邦楣,林亚超结构模型试验[M].北京:科 [1]过镇海混凝土的强度和变形——试验基础和本掏关学技术出版社,1996- (上接第34页) 4.4.4裂缝灌浆处理工艺 (1)清洗裂缝. (2)布置压浆嘴. (3)用胶带封闭裂缝. (4)在裂缝表面涂环氧胶液. (5)用环氧胶泥封闭裂缝表面及压浆嘴四周 (6)检查裂缝封闭情况. (7)检查灌浆设备的封闭情况. (8)根据现场温度定量配制环氧胶液. (9)灌浆. (10)灌浆结束后,立即撤除管道. (11)待环氧胶液固化后,拆除压浆嘴,并用环 氧胶泥封闭. (12)环氧胶泥固化后,若表面不平,必须打磨 平整 5结语 宁波招宝山大桥保留结构主梁在安装阶段及压 溃过程中产生了较多的裂缝,裂缝处理的好坏是保 留主梁能否安全受力和后期主梁的耐久性能否达到 要求的关键.在加固重建工程的设计中,对裂缝的 成因及后期的发展趋势进行了比较系统的研究,并 分别进行了处理.通过对保留结构主梁裂缝的结构 补强,压力灌浆及表面封闭,再辅以主梁外表的防腐 涂装,可以保证结构的安全和耐久性. 参考文献: [1]日本混凝土工程协会混凝土工程裂缝调查及补强加 固技术 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 [M].地震出版社,1992. [2j王铁梦工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版 社.1997