箱梁底板防崩钢筋布置分析

摘要：根据连续箱梁桥跨中底板崩裂的破坏形式，分析施工合拢过程中由于径向外崩力的产生底板破坏的机理，并对中跨跨中合拢段附近的箱梁防崩箍筋布置公式进行推导，得出合理的钢筋布置方式，并由此对连续箱梁桥的施工过程底板防崩措施提出一些建设性意见。

关键词： 连续箱梁桥底板崩裂 径向外崩力 箍筋布置

中图分类号： U448.21+5 文献标识码： A 文章编号：

0引 言

随着国家基础设施建设的快速发展，预应力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等特点，已成为公路建设中最主要的桥型之一。但随着预应力混凝土连续梁式桥（包括连续梁、连续刚构、刚构-连续组合体系），特别是大跨度连续梁式桥的大量修建，已暴露了一些问题。其中混凝土结构底板开裂问题较为突出，引起桥梁界广大设计者的重视。

连续箱梁桥底板崩裂大多发生在张拉中跨底板合龙束的过程中，具体表现为底板束下方混凝土大面积破损脱落，底板钢束及底板钢筋发生向下的变位，波纹管撕裂等破坏迹象。

国内许多专家都认为：由于箱梁截面高度的变化，底板预应力钢束产生的径向附加力 是连续箱梁桥底板崩裂的主要原因， ， 为有效预应力，R为预应力钢束的曲率半径［1］。

本文通过对连续箱梁桥底板容易破坏的节段(即中跨合拢段附近的底板)防崩钢筋的布置进行计算分析，提出底板箍筋的安装建议。

1箱梁底板防崩钢筋布置要点

连续梁桥在成桥运营之前，当钢束曲率作用的径向力与箱梁荷载应力相叠加时，相应的弯曲应力可能比单独的恒载产生的应力大3—4倍，同时可能还存在钢束线形的偏位而使受力更加不利，严重时集中力可导致底板混凝土局部剥落或崩裂，所以预应力束径向力必须由底板的箍筋来承受。如果底板内箍筋应力不超限。则底板上下层钢筋网不会被撕开；反之，底板就会被撕开。出现预应力筋上层钢筋网及混凝土完好而下层向下崩出的现象。在贵州某公路一座大桥主跨合龙时就发生过底板混凝土崩脱，因此必须进行径向防崩箍筋的设计。全桥合龙后，在汽车、温度及混凝土的收缩、徐变作用下，中跨的跨中处将产生较大的正弯曲和跨中下挠，进一步加大了底板预应力筋的下崩作用。因此，设计中对底板箍筋和跨中底板的局部刚度应留有足够的安全储备。

图1底板预应力筋箍筋布置示意图

根据预应力筋张拉力产生的径向力和防崩箍筋的平衡关系，我们可以得出下

(1)

式中， —安全储备系数，建议取1.15

—预应力筋张拉时产生的径向下崩力

—箍筋抗拉强度值

—沿预应力筋每米箍筋面积

而又因为(2)

(3)

—预应力筋的张拉力， ，其中 为预应力钢束的张拉控制应力， 一般为 ， 为钢束的公称抗拉强度， 为预应力钢束的面积。

对于预应力筋沿梁底的布置其实是折线段，但是在中跨合拢段附近却是水平直线段。

故在中跨合拢段没有曲率半径产生的 ，仅有直线管道定位误差和合拢段两端高差产生的 和 ，于是在中跨合拢段附近有:

(4)

在其他箱梁折线段附近，径向力会在折角集中，按分布长度1m计算有：

(5)

则 (6)

式中:据几座桥梁的破坏情况而言，在同一折线段中，直线管道定位误差和两端高差造成的 与 一般为曲线径向力 的3-4倍，为保险起见，现取4倍。

—相邻两折线段的平均距离，一般为4.5m

而因为(7)

—单肢箍筋的面积

n—每延米箍筋的数量

(8)

则箱梁合拢段附近的箍筋间距:(9)

其他箱梁折线段的箍筋间距： (10)

单位： 为cm，单位为KN，为Mpa，为

以上公式的推导和底板箍筋布置情况表仅为连续梁桥中跨合拢段附近梁段底板的箍筋配置提供一定的参考，对于大部分连续刚构底板防崩箍筋的直径和间距要符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，建议合拢段底板箍筋间距采用20 cm，其余段采用25—30 cm，且因为底板力筋产生的径向力在力筋顶部最大，纵向箍筋的间距应从合龙段向其他段逐渐增大［2］。箍筋建议采用两端带弯钩 的单肢 14和 16钢筋，弯钩直线段长应不小于10cm，可以采用套箍布置。箍筋的高度应满足：将底板上、下层纵横钢筋的交汇点卡在箍筋的弯钩内。箍筋在底板上按梅花形布置，其纵、横向间距不宜大于30 cm。箍筋两端弯钩与纵横钢筋交汇点，应有部分交汇点点焊，剩余部分绑扎［3］。

合理布置底板处的箍筋位置可以有效地减小预应力筋张拉时产生的径向下崩力，并延缓底板混凝土纵向裂缝的产生，同时还需增设短的弯钩钢筋，增强箱梁底板上下层钢筋的整体性，从而起到防崩的作用。箱梁骨架钢筋设计时，应考虑箱体的顶板、底板的共同参与抗弯、抗压、抗扭、抗剪的作用，骨架钢筋不宜多而杂。通常情况，骨架每肋有3—4排为宜，主筋的重叠最好不超过3排。底层钢筋在布置足够横向钢筋以抵抗的同时，应该注意加强与竖向钢筋的联系，减小主拉应力，推荐使用封闭箍筋嵌套．对施加预应力有良好约束［2］。

3结论和建议

通过上述对连续箱梁桥底板钢束防崩钢筋布置的推导和分析，我们可以得出以下结论和建议：

(1)为了让底板箍筋更好地承受预应力钢束沿梁底曲线布置产生的径向外崩力，必须合理设置底板箍筋的间距和直径，使箍筋产生的拉应力平衡大部分径向压应力，同时还需增设短的弯钩钢筋，增强箱梁底板上下层钢筋的整体性，从而起到防崩的作用。

(2)应将防崩裂钢筋的弯钩平面顺桥向布置,使其将底板的横向钢筋箍住,而不仅仅是箍纵向钢筋。平衡钢筋的弯钩不宜用标准弯钩,要适当加长。防崩裂钢筋若用槽形,施工安装时不注意容易漏钩横向钢筋,可采用矩形闭合箍筋。系筋(钩子筋) 是联系上下层钢筋网的重要钢筋,设计与施工中切勿忽略。

(3)底板束应尽量避免在拉应力较大区域锚固。同一断面上锚固总吨位不宜太大,还应有较强的纵向普通钢筋通过锚固断面,以避免齿板处底板开裂而降低其抗拉承载力。

参考文献:

[1] 包立新，杨广来和杨文军. 对连续刚构桥底板开裂问题的探讨.公路，2004(8).

[2] 严允中. 连续刚构桥箱梁底板崩裂原因及预防措施.公路交通技术.2006年第6期.

[3] 程灏. 大跨度预应力混凝土连续刚构桥箱梁底板裂缝成因分析. 贵州工业大学学报（自然科学版）.2008(5).

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。