摘要：总结了常见的预应力混凝土桥梁的开裂情况，引述和分析了开裂预应力裂缝的力学特征。对两座典型的公路预应力混凝土桥梁裂缝进行了检测，分析了裂缝产生的原因，通过荷载试验掌握裂缝对桥梁工作状况和承载能力的影响，并对桥梁的使用状态进行评估，提出了加固处理措施。总结出预应力混凝土桥梁裂缝处理一般步骤和基于荷载试验的实用方法。
　　关键词： 预应力；混凝土桥梁；裂缝；控制；维修与加固
　　中图分类号：TU278.39
　　1、 预应力混凝土桥梁裂缝的成因分析
　　近二三十年来，预应力混凝土桥梁发展很快。目前已建造了大量的预应力混凝土桥梁，特别是在特大桥的建造中，预应力混凝土桥梁的采用相当普遍。有些桥梁存在不同程度的开裂，以至增加养护、维修费用。产生裂缝的原因除了混凝土、钢筋存在的质量缺陷外，还与设计环节、施工环节、气候等外界因素有关。
　　1.1设计不够合理而产生裂缝。有些桥梁，在根据荷载进行常规应力计算时，允许受拉部位的混凝土发生裂缝。只要这种裂缝对于受雨面保持小于0.2mm，或对于有防护面小于0.3 mm，就是可行的。但有些情况下，由于普通钢筋用量或其间距不足以使裂缝宽度保持在允许范围之内，则裂缝可能扩大到1mm甚至更宽。这种配筋不足的情况，主要发生在早期开裂。由于设计者有一种错觉，即如果将预应力设计成在荷载作用下不产生弯曲拉应力，则预应力混凝土将保持不开裂——他们忽视了作用在结构上的许多其他效应。这种宽裂缝又促进了钢筋的腐蚀。这种因设计不够合理而产生的裂缝是可以避免的。设计者在大致的初步计算之后检查结构细节设计，特别是力筋和钢筋布置必须符合合理的保护层和间距数值的要求，不要试图减薄腹板和板的厚度来节省材料。
　　1.2温度、收缩与徐变产生的裂缝。在混凝土部件中，温度、收缩与徐变都将导致内应力，此为不同纤维中的约束应变所致（内约束力）。在静不定结构（连续梁，特别是箱形梁）中，任何这种差别将引起外约束力，由于这些约束力引起的应力很容易超过混凝土抗拉强度的数值，桥上的许多裂纹可以归因于这些影响。
　　1.3厚度差产生的裂缝。将一薄与一厚的混凝土部件相连总是危险的，因为与厚部件相比，薄部件更易于受到温度、收缩和徐变等的影响，所以薄部件更容易开裂。具有厚腹板的箱梁，薄底板会产生严重的横向裂缝。较大的厚度差别也会引起箱梁中较大的约束力矩，它将导致腹板中产生水平裂纹。如湖南省湘江上的某座大桥竣工不久，就在腹板和底板中产生裂缝，不得不增加预应力筋来阻止开裂。
　　2、预应力混凝土结构裂缝的力学成因及受力特征
　　2.1钢筋混凝土构件。为便于对预应力混凝土结构裂缝的力学成因进行分析，首先以轴心受拉构件为例引述钢筋混凝土开裂的基本理论。当混凝土的拉应力达到其极限抗拉强度时，在构件抗拉能力最弱的截面上将出现第一批裂缝。由于混凝土的局部变异、收缩和温度作用产生的微裂缝以及受拉区混凝土的局部削弱（如箍筋处）等偶然因素的影响，第一批裂缝出现的位置是一种随机现象。裂缝出现后，在开裂截面混凝土退出工作，应力为零；钢筋承受全部拉力，产生应力突变。配筋率越低，突变引起的钢筋应力增量就越大。沿构件长度上钢筋应力的变化使裂缝两侧钢筋与混凝土之间产生粘结应力和相对滑移。通过粘结应力将钢筋的拉力传给混凝土，随距开裂截面距离的增大，由于粘结应力的积累，混凝土的拉应力逐渐增大，钢筋应力逐渐减小，直到钢筋与混凝土的应变相等。相对滑移及粘结应力消失，钢筋与混凝土的应力又恢复其原来的应力状态。当荷载再增大时，在其他一些抗拉强度较弱的截面上将出现新的裂缝。显然，在距第一批开裂截面的两侧的范围内，将不可能出现新的裂缝，钢筋混凝土受拉构件最终的裂缝、钢筋应变及混凝土应变。
　　2.2预应力混凝土构件。预应力混凝土轴心受拉构件，出现裂缝可能性有两种情况：第一种情况是拉力大于预加力并克服混凝土的抗拉强度，使得混凝土开裂，这种情况在预应力混凝土构件中属于预应力度不足；第二种情况是在预加力之前由于混凝土结硬过程中产生裂缝，张拉预应力后由于混凝土的咬合被破坏开裂截面表观依然呈现裂缝形态，这种情况下，开裂截面的混凝土抗拉强度被破坏，如果预加力（N）大于外拉力（F），开裂截面仍然处于受压状态，预应力度满足要求，当外拉力F超过预加力N时，原有裂缝进一步扩展，并在其他部位会出现新的裂缝。对于第一种情况，F>N并使得混凝土开裂后，当F继续增加时，开裂截面的拉应力全部由钢筋承受，且裂缝边缘的应力为零或有微小的回退。对于第二种情况，由于混凝土已开裂退出工作状态，在外拉力F的作用下，如果FN，开裂截面仍处于受拉状态，裂缝边缘应力为0。从这个特征可判断出开裂截面的预应力度是否满足要求，推断裂缝的成因和特性。综合上述分析可得出荷载试验对裂缝性质的判别方法。
　　（1）如果是预应力度不够产生的裂缝，那么在外荷载弯矩M作用下，跨裂缝测点m1和m2的应变与M成非线性关系，裂缝边缘测点m3和m5的应变为零或有微小压应变，且随着外荷载弯矩M的增大，裂缝向上发展，中性轴也随之上移；在其他截面有新的裂缝出现；
　　（2）如果是预应力张拉前产生的裂缝，张拉后预应力度满足要求，在外荷载弯矩M的作用下，由于开裂截面的混凝土退出工作，截面刚度降低，跨裂缝测点m1和m2的应变比正常截面测点m3和m4的应变大，但应变与外荷载呈线性关系，裂缝边缘有一定的拉应变，截面中性轴稳定；在其他截面没有新的裂缝出现；
　　（3）如果由于局部损伤产生的裂缝，在外荷载弯矩M作用下，跨裂缝的应变与M成非线性关系，裂缝边缘应变为零或有微小压应变，但裂缝并不向上发展，中性轴稳定；在其他截面没有新的裂缝出现。
　　3、小结
　　（1）预应力混凝土桥梁出现裂缝并不可怕，关键是要正确分析裂缝成因及对结构工作状态和承载能力的影响程度，提出安全、有效、经济、适用的加固处理措施。
　　（2）预应力混凝土桥梁裂缝处理一般可通过下列步骤解决：通过调查和检测掌握裂缝的特征，如裂缝出现部位、裂缝长度及走向，裂缝宽度，裂缝深度等；综合设计、施工资料的调查，分析裂缝产生的时段，判断裂缝的性质及产生的可能原因；可通过计算或荷载试验确定裂缝对桥梁工作状况和承载能力的影响；确定处理方案。对一个具体的桥梁，可根据实际情况和必要性确定是否进行荷载试验，关键是要掌握裂缝的成因、性质及对结构工作状况、承载能力和耐久性的影响程度，如果能够根据经验和计算有把握判别，无须进行荷载试验。
　　（3）可从梁体跨中挠度和支点转角的大小及影响线、结构变形的协同性判断裂缝对结构整体受力状态的影响。要从开裂截面的应变分布、实测应变与加载弯矩关系、应变值大小以及截面中性轴的稳定性综合判断开裂截面的工作状态和承载能力，切不可从单一参数和现象进行判断。评估应对裂缝的影响程度和范围尽可能做到定量化，为加固处理方案提供可靠依据。
　　参考文献：
　　[1]戴竞，彭宝华，李扬海.公路预应力混凝土梁桥裂缝成因分析及处理对策[A].中国土木工程学会第九届年会论文集[C].
　　[2]滕智明.钢筋混凝土基本构件[M].北京：清华大学出版社，1987.