略谈施工中裂缝分析与处理办法

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1张拉锚固面有限元仿真

1.1材料模型与单元类型

此次张拉锚固面有限元仿真研究确定对砼进行Solid65八节点实体单元模拟,其中Solid65单元选用整体式有限元模型,其旨在分析箱梁底板砼与钢筋的横向应力状态,由此探明纵向裂缝的成因,注意此时需用Solid65单元的纵向含筋率对箱梁纵向钢筋进行定义。底板横向钢筋选用Link8单元模拟,其中Link8单元模拟属杆轴的拉压三维杆单元。砼与横向钢筋间的模拟选用无滑移模型,由此提高砼单元与钢筋单元间的协调性。

1.2模拟计算结果

尽管顶板板厚较底板薄(即0.22m),但顶板钢筋应力却低至122.1MPa,此时可计算出其裂缝宽度约0.13mm。砼纵向应力:悬挑段端部顶板纵向应力介于-0.53MPa～0.11MPa之间,悬挑梁根部顶板纵向应力介于-4.88MPa～-5.50MPa之间,底板纵向应力介于-6.73MPa～-7.97MPa之间。顶底横向钢筋应力:顶板与底板分别设有2层Φ12@150mm钢筋,其中底板横向钢筋应力的最大值高达295.3MPa,此时可计算出钢筋砼受弯构件裂缝宽度的最大值为0.303mm,该数据与实测数据0,30基本一致。砼纵向变形:砼纵向变形的最大值分布在腹板根部角点,其中此处的纵向变形量与底板中部的变形量分别为2.93mm、0.736mm。

2预应力砼箱梁阶段张拉锚固面底板纵向裂缝控制方案

调整完全可通过增加钢筋的面积来实现,具体为:把锚固面1.5m范围内的钢筋更换成2层Φ16@100mmHRB335钢筋,同时锚固面0.5m范围内的钢筋全部设为2层双肢2层Φ16@100mmHRB335钢筋。改进方案可使底板横向钢筋的应力降至120.8MPa,此时其裂缝宽度可控制到0.14MPa可施工阶段仍然存有0.3mm的纵向裂缝,该数值与允许的底板纵向裂缝之间尚存在较大差距,则完全有必要采取一套进一步控制锚固面底板纵向裂缝的方案。若顺着箱梁纵轴的垂直方向切割一条横向的薄片,即弹性支撑的连续梁,则底板的横向钢筋与厚度分别为此道连续梁的主筋与截面宽度。若切片的厚度为恒定值,则连续梁的有效高度亦是恒定定。结合受弯构件纵向受拉钢筋的应力计算公式可知,钢筋应力仅与钢筋面积、截面弯矩、有效高度之间存有关系。由此可见,钢筋应力的改进方案要求单个锚固面所用的钢筋数量增加280kg。研究与实践皆证实,上述改进方案可使后续节段张拉锚固面箱梁底板的纵向裂缝形态控制到允许范围。

作者：王和通单位：陕西交通建设集团公司