本文是一篇结构工程论文，本研究通过混凝土收缩、水化热及温度试验，对混凝土收缩、水化热造成裂缝开裂的影响进行分析研究；有限元模拟时，建立整体模型和局部子模型，对连续刚构桥箱梁腹板进行竖向预应力损失、温度梯度、腹板混凝土配筋三种裂缝影响因素分别进行分析研究。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
自改革开放以来，中国的经济实现了显著的增长，交通运输业也迎来了全新的发展阶段。在这一进程中，大跨度连续刚构桥作为一种重要的桥梁形式，以其卓越的跨越能力、优越的受力性能、相对较低的经济成本、美观的造型和良好的行车舒适性，在我国得到了广泛的应用。目前，我国运营的桥梁数量众多，其中包括一些世界著名的桥梁，如苏通长江公路大桥、杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥和胶州湾大桥等。这些桥梁的建成和运营，充分展示了中国在桥梁设计和建设方面已经达到了世界先进水平。在这些桥梁中，混凝土大跨度桥梁是最常见的一种类型[1]。
1.2 研究现状
1.2.1 箱梁腹板裂缝研究现状
经过对相关文献的查阅，发现箱梁腹板开裂的原因多种多样，可以总体划分为结构性裂缝和非结构性裂缝两大类。结构性裂缝主要受车辆相关的动荷载、结构自重等因素影响。而非结构性裂缝主要由温度变化和混凝土收缩引起，这两个因素在混凝土结构中扮演着重要的角色。温度变化会导致混凝土膨胀和收缩，而混凝土的收缩则是由于水分流失和化学反应引起的。这些因素相互作用可能导致混凝土产生内部应力，最终导致裂缝形成。不容忽视的是，混凝土箱梁腹板出现早期裂缝绝大多数情况下是在施工期间产生的，不受外部荷载影响，因此主要归类为非结构性裂缝。为了研究和解决这些问题，国内外学者进行了大量的研究工作。
在2002年，美国学者Yongda Fu[8]进行了一项关于曲线连续箱梁桥的研究，他综合运用了有限元分析和实地调查结果。研究的重点是发现裂缝形成的主要原因，结果显示温度变化是裂缝生成的主要因素之一。另一方面，O.Bernard[9]着眼于早龄期结构构件，深入研究了自生缩对结构的影响。这些研究不仅为深入理解结构工程问题提供了新的视角，而且为未来解决类似挑战提供了有益的参考。
在2005年，Do-Young Moom[10]等学者基于预应力张拉，对底板开裂情况进行了分析，并建立了相应的模型，以展开相关研究。研究结果显示，预应力筋的张拉不仅导致了底板应力上升，还引起了形变和裂缝的出现。裂缝形成主要归因于两个关键因素：首先，预应力束的锚固位置可能引起裂缝；其次，底板厚度过大也是裂缝形成的重要原因。这些裂缝不仅影响结构，还可能威胁整体建筑的稳定性和安全性。
在2015年，Choi Young[11]等人进行了一项实验，不仅测试了箱梁的制作，还对箱梁的受力情况进行了研究。研究结果显示，适当增加横向预应力可以有效减少混凝土箱梁中裂缝的出现，这一结论得到了广泛支持。研究人员还发现，通过增加横向预应力，可以有效改善结构的稳定性和耐久性，从而提高其整体质量。此外，Ronald L. Kozikowski[12]及其团队的研究进一步强调了对于控制混凝土温度以及分析表面配筋影响的重视。这一发现提示了在混凝土结构的设计和施工过程中，必须特别关注温度的控制以及表面配筋的影响，以减少裂缝的产生和扩展，从而进一步提高结构的质量和性能。
第三章 某特大桥箱梁沿预应力管道开裂成因分析 ............... 43
3.1 引言 .......................... 43
3.2 腹板下弯预应力束预压应力效应分析 ..................... 43
第四章 基于混凝土开裂原因进行试验与分析 ................ 60
4.1 钢筋与混凝土间粘结性能试验分析 .................... 60
4.1.1 试验设计 ....................... 60
4.1.2 试验设备及加载方案 ................... 61
第五章 某特大桥箱梁腹板加固 .................... 82
5.1 腹板裂缝加固方法 .......................... 82
5.1.1 增大截面加固法 .............................. 82
5.1.2 粘贴(预应力)纤维增强复合材料加固法 ............ 82
第五章 某特大桥箱梁腹板加固
5.1 腹板裂缝加固方法
5.1.1 增大截面加固法
主梁在长期活载作用下，若主钢筋不足或原截面尺寸偏小，可能导致其刚度、强度和抗裂性下降。为解决此问题，一种有效的方法是采用增大构件截面的加固措施。加大钢筋、扩大截面以及喷锚混凝土这都是较为传统的加固措施，近年来，结构加固领域的新趋势不仅在技术上不断创新，而且在应用范围和方法上也不断丰富。出现了诸如纳米材料加固、智能监测与维护系统等新兴技术。纳米材料加固技术利用纳米材料的特殊性质，如纳米级尺寸效应和表面效应，通过在微观尺度上调控材料结构，提高了材料的力学性能和耐久性，从而为结构加固提供了全新的解决方案。智能监测与维护系统则结合了传感器技术、物联网技术和大数据分析等多种技术手段，实现了对结构性能、健康状态以及环境影响等方面的实时监测和分析，为结构的维护管理提供了更加科学、高效的手段。这些新技术不仅提供了更为可靠的加固效果，而且适用性广泛，可用于各类桥梁结构，如普通梁桥和连续刚构桥等。另外，桥面板补强法是另一种常见的加固方式，它通过在原有桥面板上浇筑新的钢筋混凝土补强层来增加桥面板或主梁的有效高度，从而提高整体刚度和承载能力。
虽然增大截面加固法在加固受损桥梁时效果显著，但也存在一些缺陷需要注意。施工过程中，新旧混凝土的结合一直是一个挑战，因为难以保证它们完全共同受力，可能导致新旧混凝土变形不协调的问题。在进行加固时，需分两个阶段进行效应计算，确保加固后的结构符合承载要求。加固工程中的植筋工作是确保新旧混凝土结合良好的重要步骤，然而，这一过程不仅增加了施工的难度，还会带来额外的造价压力。在进行加固前，必须仔细考虑新增混凝土对原结构承载范围的影响。这意味着需要评估新混凝土加入后对整体结构承载能力的影响，以确保结构的安全性和稳定性不受影响。除此之外，在加固过程中还需要充分评估新混凝土对下部结构的影响。
第六章 结论与展望
6.1主要结论
鉴于公路桥梁养护工作不断增多，施工期间沿预应力管道开裂的问题也相当严重，本文以某特大桥为例，对其箱梁腹板的裂缝产生原因及相应的加固措施进行总结分析，下面是具体的研究成果：
（1）在竖向预应力损失达到20%～30%时，主拉应力明显增加。在考虑温度梯度的情况下，腹板上下缘的横向应力明显增加。当横向拉应力达到混凝土的开裂极限时，会导致箱梁发生开裂。增加腹板配筋可以提高腹板的受力承载能力。对于竖向预应力筋的张拉，应力虽然分布不均匀，但其影响存在于梁段各个位置，情况最明显的地方是各个梁段相交的地方，应力差值的绝对值范围在最低3倍到最高4倍之间。对预应力管道的具体施工环节进行分析，研究腹板裂缝受到的主要影响因素得知，当截面半径，即“R”出现显著增加时，腹板下弯预应力束呈现出的情况会得到有效降低，随着垂直于波纹管方向拉应力增大超限，管道偏差区域周边混凝土会有斜裂缝出现。
（2）通过采用有限元方法对某特大桥沿预应力管道在施工过程中产生的裂缝进行研究。发现下弯预应力束管中的网片混凝土的主拉应力最大值为其锚固点处，主拉应力正常区间为2MPa~3.23MPa，由于连续刚构桥腹板下弯预应力束为竖、纵向二维平面线形，下弯预应力束张拉后就会有额外横向拉应力叠加影响，导致拉应力猛增。管道斜裂缝的产生主要是由于管道施工时存在定位偏差，随其增加而增加，并呈现出非线性特征。从箱梁腹板竖向预应力筋的角度分析，梁段相交界面会出现非常明显的应力突变，且两应力存在很大的差别，差值达到了3-4倍。
参考文献（略）
