预应力混凝土T梁桥腹板斜向裂缝成因分析

文/苏交科集团股份有限公司 秦艳辉

本文以江苏省道322线上某预应力混凝土T梁为例，分析导致腹板斜向裂缝的主要因素，并指出此类结构桥梁在养护及维修改造中需要注意的内容。

该桥梁全长150.8m，跨径布置为：5×30m，桥梁全宽11.0m。上部结构采用5×30m预应力混凝土简支T梁，梁高1.84m，采用40号混凝土。下部结构采用桩柱式墩台，桥面系采用沥青混凝土铺装层，钢筋混凝土组合式防撞墙。设计荷载：汽-20、挂-100，人群荷载250kg/m2。在2016年定期检查中，发现全桥T梁腹板普遍存在斜向裂缝（正八字形），全桥25片T梁共有腹板斜裂缝475条，长度共计585.4m。斜裂缝基本位于L/6至5L/6之间，腹板左、右两侧对称分布，裂缝顶部最高至肋腋板，底部至马蹄倒角处（少数几条至马蹄侧面），单条裂缝长0.6m至1.5m，缝宽基本在0.15mm左右，最大缝宽0.26mm，裂缝倾角约45°至75°，自L/6处往L/2方向斜裂缝倾斜角逐渐增大。

经过对桥梁结构设计施工图及桥梁现状的对比分析，笔者认为引起T梁腹板斜向裂缝的原因包括：结构尺寸偏小、配筋偏弱，超载车辆通行，桥梁改造施工的不良影响等几方面：

计算分析结果

结构计算采用平面杆系结构计算软件桥梁博士进行，通过荷载横向分配系数将空间结构简化为单梁杆系结构进行计算分析，荷载横向分配系数采用刚接板梁法计算。

桥梁施工改造影响

桥梁原设计桥面布置为0.25m护栏+1.0m人行道+9.0m行车道+1.0m人行道+0.25m护栏，运营期钢筋混凝土护栏改造为组合式防撞墙时拆除了人行道，现状桥面布置情况为：0.5m防撞墙+10.0m行车道+0.5m防撞墙。护栏改造自重的增加对T梁影响较小，但行车道宽度的改变导致T梁横向分配系数增大。

在原设计荷载（汽-20、挂-100）作用下，现状桥面布置T梁承载能力极限状态计算结果满足规范要求；正常使用极限状态计算汽-20荷载下中梁主拉应力增大0MPa至0.03MPa，边梁主拉应力增大0MPa至1.06MPa；挂-100荷载下中梁主拉应力增大0MPa至0.61MPa，边梁主拉应力增大0MPa至0.36MPa。横向分配系数增加对边梁3L/8至L/2范围内主拉应力增大影响明显。

汽车活载超载影响

该桥三轴载重车及四轴载重车通行情况普遍。以汽-超20级汽车活载与原设计汽车活载进行计算比较，分析汽车活载超载对T梁斜裂缝出现的影响。承载能力极限状态不同汽车活载作用下T梁抗剪承载力与设计剪力的比值计算结果见表1，不同汽车活载等级下T梁主拉应力计算结果表2。

由表1可知，汽-超20级汽车活载下边板抗剪承载能力已接近限值。由表2可知，汽-超20级活载下L/6至L/2段内T梁主拉应力增加明显，边梁L/3至L/2段内主拉应力已不满足规范要求（主拉应力≤0.8Rbl=2.08MPa）。据调查，该桥通行的载重车多为运输砂石料车辆，轴重远大于14t（汽-超20级车队重车轴重），经上述分析可知，超载车辆通行是T梁腹板斜裂缝出现的主要原因之一。

截面尺寸影响

该桥L/6至5L/6之间标准段T梁梁高1.84m，腹板厚0.16m，距梁端1.75m范围内腹板厚0.36m，距梁端1.75m至L/6段腹板厚0.16m不变，马蹄高度由0.19m渐变至0.36m。对比30mT梁部颁标准图，相同级别汽车活载下，标准图T梁标准段梁高2.0m，腹板厚0.2m，马蹄底宽0.5m、高0.3m，该桥截面尺寸偏小。以汽-超20级汽车活载下不同截面尺寸的T梁进行计算比较，分析截面尺寸对T梁斜裂缝出现的影响。进行对比分析的T梁截面尺寸是：梁高2m，腹板厚分别为0.18m和0.20m，马蹄尺寸与原设计一致。

通过对比可知，汽-超20级活载下L/6至L/2段内边梁和中梁主拉应力随截面尺寸增加减小明显；在超载汽车活载下T梁截面梁高增至2m，腹板厚增至0.20m仍不满足要求（预应力筋配置与原设计保持不变）。T梁标准段结构尺寸偏弱，虽然原设计荷载下抗剪计算满足规范要求，但运营中抗裂余地不大，一旦出现汽车超载就会出现斜向剪切裂缝。这与检查发现斜裂缝集中出现在L/6至5L/6之间的结果吻合，因为梁端至L/6之间腹板变厚，马蹄高度增高，抗剪承载能力较标准段大。

表1 T梁抗剪承载力与设计剪力比值表

表2 不同等级汽车活载下T梁主拉应力计算结果

表3 不同箍筋配置T梁抗剪承载力与设计剪力比值表

截面箍筋配筋影响

T梁原设计箍筋配置情况为梁端2m范围配2肢Φ8箍筋，间距0.1m，其余梁段配2肢Φ8箍筋，间距0.2m，在保持箍筋配置间距不变的情况下，通过改变箍筋直径计算分析箍筋配置对T梁抗剪承载力影响。汽-超20级活载下，T梁抗剪承载力与设计剪力的比值计算结果见表3。由结果可知原设计箍筋配置偏弱，改善箍筋配置后抗剪承载能力有明显提升。

腹板斜裂缝成因分析结论及桥梁处置建议

根据以上理论计算分析，该桥由于建成年代早，设计荷载等级低，T梁结构尺寸偏小，箍筋配置偏弱，抗剪承载能力先天不足以及超载汽车活载通行，是腹板斜向剪切受力裂缝出现的主要原因。此外，运营期桥梁结构改造导致梁板分配系数增大也是斜裂缝出现的重要原因。

由于预应力筋配置情况无法改变，该桥T梁采用增大截面法加固改造（腹板增厚、梁高增大）无法满足高于原设计荷载的使用要求，建议在维持原设计荷载等级的前提下采用封闭裂缝、腹板粘钢加固等措施恢复桥梁使用荷载功能，维修加固完成后应采取限载措施限制超载车辆通行。