預應力斜拉橋受到多種荷載及溫度作用進而容易出現裂縫。傳統的有限元方法不能精準刻畫裂縫的産生與擴充，基于連續-非連續單元法，結合多實體場耦合對預應力橋面闆展開數值模拟，對目前裂縫成因、長期演化進行了分析。結果表明：橋面闆自身重力、拉索索力及橋梁彎直程度不是構成橋梁出現裂縫的主要原因，同時鋼筋預應力在一定程度上有阻礙裂縫開展的作用；溫度長期循環作用對橋面闆初始裂縫起主導作用，後期車輛動荷載反複加載使初始裂縫進一步擴充。
橋梁在服役年限内除了承受自重和車輛荷載外，還受到溫度的循環作用、索力造成的軸向壓力、箱梁體内的預應力等大量複雜的荷載作用，這些作用可能造成橋梁材料的劣化和破壞，導緻橋梁開裂。
盡管中國在橋梁大體積混凝土裂縫控制方面已有大量的工程實踐，也提出了諸如混凝土幹燥收縮率、入模溫度等控制名額，然而，橋梁大體積混凝土裂縫控制一直是工程界的難題。孟表柱總結并詳細分析了鋼筋混凝土橋梁工程中常見的裂縫類型。王萍等總結了常見的預應力混凝土橋梁的開裂情況，并通過典型的預應力橋梁分析了裂縫産生的原因。Ulm等研究了溫度-水化-力耦合作用，并建立相應模型預測混凝土收縮和開裂。Cervera等提出了熱-水化-力耦合模型可以模拟混凝土的水化、老化、損傷及徐變等，該方法以反應性多孔媒體理論為基礎，能準确預測水化程度和水化産熱随時間的變化。陳宗輝等通過ANSYS軟體建立箱梁實體有限元模型，分析了箱梁節段施工過程中箱梁底闆産生縱向裂縫的原因。塗健等采用實體單元建立全橋數值模型并對其進行數值模拟，分析了溫差與收縮差2種因素對其應力的影響。譚國金等基于有限元方法對車輛動荷載條件下帶有轉換裂縫、多片梁式橋的動力響應進行了探究，劉宇飛等采用數值模拟軟體對大準運煤專線橋梁損傷裂縫的影響進行了研究，研究表明橋梁裂縫會對橋體撓度和應變有影響。賀羅等從平塘特大橋實際施工的角度對混凝土出現裂縫的原因進行了探究。朱勁松等提出了一種基于互相作用積分法與車橋耦合振動分析相結合的裂縫尖端三維動态應力強度因子求解方法，用于研究車輛動荷載作用下橋體裂縫的擴充規律，得出車輛動荷載有使橋體裂縫擴充延伸的風險。上述研究通過數值模拟和試驗等混凝土橋梁裂縫成因進行了分析，使人們對橋體裂縫成因有了較深刻的了解。
在晝夜溫差及寒流侵蝕等多種因素共同作用下，混凝土橋梁的溫度不斷循環，由于混凝土導熱性能差，箱梁内外表面溫度出現滞後現象，使箱梁截面形成非線性溫度分布，導緻橋梁結構變形。為了準确地掌握橋梁的溫度場的分布特征，國内外許多學者相繼采用現場測試和數值模拟手段開展研究。Elbadry等和Clark通過對實測資料的分析得到橋梁結構溫度場分布特征。顧斌等和Zhou等通過數值模拟進行建立橋梁溫度場數值模型，通過理論計算分析獲得橋梁結構的溫度場分布特征。賈佳等以雲南老團坡2号橋為研究背景，通過數值模拟開展了橋梁裂縫對溫度作用、預應力損失等因素的敏感性分析，分析了高寒地區橋梁建設期裂縫的成因。
本研究依托于黃龍帶特大橋橋梁開裂項目，基于連續-非連續單元法（continuum-discontinuum-element-method，CDEM）建立三維數值模型對橋梁裂縫開展原因進行了分析。引入了應力與熱傳導耦合相關算法，分析了錨索索力、預應力筋的預應力、溫度場及其耦合作用對橋梁耐久性的影響。同時，采用變量分離法和參數反分析法，獲得橋梁在不同條件、不同工況下的内力和位移等情況，進一步對橋梁開裂原因進行分析。
工程概況
韓莊運河龍帶特大橋位于新泰至台兒莊（魯蘇界）公路馬蘭屯段，橋梁跨越河流為京杭運河棗莊段（韓莊運河）。黃龍帶特大橋橋梁分左、右2幅，橋面最大縱坡為3.00%，平面位于半徑為1800m的圓曲線及緩和曲線上，主梁結構為預應力混凝土變截面箱梁，箱梁高3.80~6.00m，底闆寬12.50m，翼闆寬4.00m（圖1、圖2）。表1為主橋箱内外裂縫分布特征表，圖3為橋面闆現有裂縫分布。
圖1 主橋立面圖
圖2 主梁标準橫斷面
圖3 裂縫分布
表1 主橋箱内外裂縫分布特征
數值方法與力學模型
數值方法
本次數值模拟基于CDEM原理，通過GDEM（Graphic-augemented-CDEM）的BlockDyna子產品建立黃龍帶特大橋數值模型。圖4為CDEM方法計算流程圖。
圖4 CDEM方法計算流程
GDEM中的塊體由一個或多個有限元單元組成，在塊體内部使用連續本構，塊體邊界使用非連續本構。GDEM将本橋體模型中每個有限元單元劃分為如圖5所示的四面體單元。塊體間的非連續變形主要通過彈簧來實作，如圖6所示，通過彈簧的斷裂來表征模型材料的開裂、滑移等。
圖5 四面體單元
圖6 CDEM中的塊體及界面
連續-非連續單元法是一種有限元與離散元互相耦合的顯式動力學數值分析方法。CDEM的理論基礎是拉格朗日方程：
式中，、為廣義坐标，L為拉格朗日系統的能量，為非保守力所做的功。
GDEM采用剛度矩陣法求解單元的内力。由于GDEM采用動态松弛技術，并不需要形成總體剛度矩陣，而隻需求取每一個單元的單元剛度矩陣，在每個疊代步通過式（2）計算單元自身的節點力，并将此節點力配置設定至單元對應的節點上。
式中，為單元i的節點力向量；為單元i的節點位移向量；為單元i的單元剛度矩陣。
GDEM界面的法向及切向彈簧的示意圖如圖7所示。
圖7 接觸面法向、切向彈簧
彈簧力的計算公式為
式中，、分别為第j根彈簧的法向及切向力；、分别為第j根彈簧的法向及切向剛度；、分别為第j根彈簧的法向及切向位移。
進行破壞計算時，采用Mohr-Coulomb準則，對式中的彈簧力進行修正，修正公式為
式中，T為抗拉強度；ϕ為内摩擦角；C為黏聚力。圖7中，、、為黏聚力。
力學模型
單元采用線彈性本構，計算公式為
式中，為應力張量；為增量應力張量；Δεij為增量應變張量；Δθ為體應變增量；K為體積模量；G為剪切模量；為Kronecker标記；為目前時步；為下一時步。
為刻畫橋面闆裂縫的擴充與延伸，界面采用brittleMC脆性斷裂本構。
多實體場的施加
對于鋼筋預應力的施加，通過對橋面闆内的鋼筋施加節點力來模拟預應力筋的張拉過程，施加應力值根據橋面闆内預應力筋的張拉控制應力計算所得。
對于斜拉索索力的施加，根據鋼索的頻率，基于頻率法計算出鋼索的索力，并将其分解為x、y這2個方向的面力施加在橋面闆表面。
對于溫度場的施加，根據廣東省2020年溫度變化範圍，推算出橋體所處的溫度場的峰值，對橋體施加循環變化的溫度場。
對于車輛動荷載的施加，車輛荷載采用面力方式施加在橋面闆表面，以分段施加方式來表示車輛以80km/h速度在橋面闆表面行駛。
數值模拟
數值模型及工況設定
由于本橋結構為複雜的曲線梁形式，主橋箱梁結構複雜，體量較大，不僅會增加模組化的難度，還可能導緻劃分的單元數量大，計算時間增加，考慮到橋面闆模型形狀和工況設定的對稱性，是以本研究選取其中一幅箱梁的1/4結構進行模組化，運用GID軟體建立箱梁三維實體計算模型。簡化後的模型如圖8所示，網格尺寸選取0.70m，計算模型劃分為93894個四面體單元，節點數量為26671。計算輸入參數參考C60鋼筋混凝土的各項參數，預應力筋采用錨杆單元等效。混凝土力學參數為：密度2551kg/、彈性模量3650MPa、泊松比0.2、黏聚力24.2MPa、抗拉強度20.4MPa。
圖8 箱梁簡化模型及其網格劃分
為了得到模型在各工況下的内力、位移等情況，分别沿着箱梁頂闆和底闆中心線設定3個資訊監測點，從索塔一端到跨中一端的監測點号分别為A1、A2、B1、B2、C1、C2（注：監測點位于橋面闆的内部中心處而不是表面），具體位置如圖9所示。
圖9 主橋箱梁監測點位置分布
為探究造成橋面闆裂縫産生與擴充的原因，定性定量分析其主要因素，為橋梁的修複和後續養護提供指導，本研究采用變量分離法和參數反分析法，共設定6組不同的工況，分别為：曲線箱梁重力+預應力分析、曲線箱梁重力+索力分析、曲線箱梁重力+溫度作用分析、曲線箱梁重力+車輛荷載分析、曲線箱梁重力+預應力+索力+溫度作用耦合分析，為研究曲線箱梁彎矩的存在是否對橋面闆裂縫産生和擴充産生影響，設定對照組：直線箱梁重力+預應力+索力+溫度作用耦合分析。
曲線梁重力+預應力分析
在黃龍帶特大橋中，主橋箱梁的頂闆、底闆和腹闆設定有沿軸線方向的縱向預應力鋼筋，腹闆設定有豎向預應力鋼筋，頂闆和橫隔闆設定有橫向預應力鋼筋，其分布情況見表2，由于預應力筋種類和數量較多、分布情況複雜，本工況隻考慮縱向預應力筋和部分橫向預應力筋。預應力筋采用GDEM軟體中的錨杆/錨索單元模組化，并考慮與固體單元的耦合計算。
表2 預應力筋分布
本工況考慮重力和預應力的耦合作用，邊界條件設定為：箱梁半結構橋墩一側限制3個方向位移為0，模拟主橋索塔對箱梁支承作用；橫隔梁2個端部限制3個方向位移為0，模拟斜拉索的支承作用；箱梁半結構跨中一側設定水準2個方向位移為0。
如圖10所示，箱梁兩端位移較小，這是由于箱梁半結構兩端受到索塔的支承作用和另一側橋體箱梁對其的限制作用，橫隔梁端部受到斜拉索的限制；在箱梁頂闆中心線位置，該區域的豎向位移最大，值約為3.5mm，這是由于橫隔梁在該工況下均可視為固支梁，是以豎向位移在該處達到最大；由于箱梁兩側位移受到限制，是以箱梁可以看作固定在索塔處的懸臂梁，在端部頂闆處單元受拉，應力值約為2.5~4.0MPa；同樣，在橫隔梁兩端部也會出現拉應力。由于預應力的作用，使得箱梁體内大部分區域處于受壓的狀态，應力值約為1.59MPa。箱梁底部中心線區域附近為受拉區域，但應力水準較低，由此可見施加鋼筋預應力可以減少箱梁在自重作用下的拉伸應力，避免拉伸破壞而出現新的裂縫，同時阻礙已有裂縫的擴充延伸。
圖10 豎向位移及最大主應力雲圖
曲線梁重力+索力分析
本工況考慮重力和索力的耦合作用，研究曲線箱梁在索力導緻的偏向軸力影響下的力學行為。邊界條件設定：箱梁半結構橋墩一側限制3個方向位移為0；箱梁半結構跨中一側限制水準2個方向位移為0；橫隔梁兩端限制豎向位移，施加索力引起的軸力。由于斜拉索索力資料較多，為簡化計算，本工況隻選取每根斜拉索的最大值進行模拟。考慮箱梁鋼筋混凝土結構内的鋼筋會對索力有較好的分布作用，同時為了避免集中效應，本工況的軸力以面力的形式施加在橫隔梁及其附近區域内，輸入的應力水準為索力監測值除以施加區域面積。
觀察圖11，由于索塔和另一側橋體的限制，箱梁兩端的豎向位移較小，最大位移約為0.13m，由此可見，箱梁在沒有預應力的作用下豎向位移較大，另外，斜拉索在受力時會有拉伸變長的現象，是以也會對箱梁的豎向位移産生影響。此外，在箱梁跨中一側的頂闆處出現了橫向裂縫，且裂縫的尖端和附近出現應力集中現象，最大拉應力可達18.40MPa，這是由于索力作用方向是遠離跨中一側的，是以索力的作用會使箱梁跨中部分的混凝土受拉，進而産生橫向的拉伸裂縫；同時在自重作用下，跨中部分底闆混凝土受壓，有效消除了該處索力導緻的拉應力的作用，是以在該工況下，裂縫隻出現在跨中頂闆處。由于箱梁靠索塔一側的3個方向位移均被限制，是以該處可視為固定支座，在重力作用下，箱梁頂闆承受拉應力，底闆承受壓應力；在索力和重力作用下，箱梁中部底闆承受拉應力，頂闆承受壓應力，拉應力水準約為10.24MPa，壓應力水準約為3.35MPa。若在此工況同時考慮鋼筋預應力的作用，可以有效抵消一部分拉應力，增加箱梁混凝土的開裂荷載。
圖11 豎向位移及最大主應力雲圖
曲線梁重力+溫度作用分析
黃龍帶大橋位于廣東省境内，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣候在26℃左右，特别是在夏季，溫度甚至可達40℃。夏季橋面闆直接暴露于太陽下，持續曝曬會使橋體的溫度遠高于氣溫。混凝土材料的比熱容較大，而熱傳導系數較小，是以熱量在橋體上的傳導會很慢，造成較大的溫度梯度，形成較大的溫度應力，極有可能導緻混凝土表面或内部的溫度裂縫，造成橋體混凝土的劣化和損傷。本工況根據橋梁所在位置的氣溫，如表3以及夏季時箱梁的溫度變化範圍，研究箱梁在溫度作用下的内力分布、變形、裂縫産生與擴充等情況。
表3 廣東省2020年溫度變化範圍
本工況的邊界條件設定：箱梁半結構橋墩一側限制3個方向位移為0；箱梁半結構跨中一側限制2個水準方向位移為0；橫隔梁兩端限制豎向位移。設定橋體的初始溫度為20℃，在橋面和橋底施加變化且升溫-降溫循環的溫度邊界。溫度邊界30d内均勻地從20℃升至70℃，持續2個月，随後在30d内均勻地從70℃降溫至20℃，持續2個月，模拟橋梁所在地區半年的溫度變化，分析溫度作用對橋面闆造成的影響。
如圖12為曲線橋梁在重力和溫度耦合作用下的位移和應力雲圖，在升溫-降溫循環作用下，由于索塔和斜拉索的限制，箱梁在這些區域豎向位移較小，而在箱梁頂闆和底闆中心區域出現較大的豎向位移，最大值為3.6mm，由于溫度作用，在橫隔梁與箱梁頂闆連接配接處出現了若幹條裂縫，由此可見溫度是造成箱梁出現裂縫的主要原因。從最大主應力雲圖可以發現，在箱梁頂闆與橫隔梁連接配接的區域出現了較大的拉應力，局部可達11.6MPa，但是由于混凝土材料熱傳導系數較低，比熱容較大，是以熱傳導速度較慢，進而産生較大的溫度梯度。從圖12可以發現，箱梁頂闆底部出現了部分拉應力區域，這是由于頂闆上表面受到溫度作用，材料受熱膨脹，下表面溫度較低，單元膨脹的水準不高，使得下表面的混凝土限制了上表面混凝土的膨脹，是以出現溫度較高區域受壓，溫度較低區域受拉的情況。在頂闆和橫隔闆的交界處存在突變的凹凸角，容易造成該區域應力集中，是以這也是該區域應力水準較高的原因之一。
圖12 豎向位移及最大主應力雲圖
由于混凝土材料熱傳導速度較慢，是以箱梁在升溫結束和降溫結束後會出現較大的溫差，單次升溫-降溫循環的升溫階段結束後溫差可達30℃，降溫階段也有接近10℃的溫差。是以每次溫度循環後都有部分區域溫度沒有恢複到原來的水準，造成殘餘溫度，這有可能造成箱梁内部溫度應力的殘餘。
曲線梁重力+預應力+索力+車輛荷載耦合分析
在此階段施加車輛動荷載，在橋面設定1、2、3這3個車道（圖13）。車輛荷載采用面力方式施加在橋面闆表面，圖中藍色方塊表示車輛處于橋面闆跨中處，以分段施加方式表示車輛以80km/h速度在橋面闆表面行駛。該工況共分為3次計算，依次在3個車道上面行駛，分析車輛荷載對橋面的影響。
圖13 橋面車道分布
圖14為車輛在不同車道行駛的最大主應力雲圖，在圖中可知，3種情況最大主應力主要表現為壓應力，應力大小大約為3MPa，同時在重力、預應力、索力、車輛動荷載耦合作用下，橋面闆均在跨中處出現裂縫。通過車輛在3個車道行駛的不同工況分析，并與曲線梁重力+索力工況進行對比，可以得出橋面闆在車輛荷載作用下會産生一定量的裂縫，但與車輛行駛車道關系不大。
圖14 車輛在不同車道行駛最大主應力雲圖
曲線梁重力+預應力+索力+溫度作用耦合分析
本工況考慮重力、預應力、索力和溫度的共同作用，預應力和索力分别按照第一工況和第二工況相同的參數值進行設定。設定橋體的初始溫度為20℃，在橋面和橋底施加變化且升溫-降溫循環的溫度邊界。溫度邊界在30d内均勻地從20℃升至70℃，持續2個月，随後在30d内均勻地從70℃降溫至20℃，持續2個月，模拟橋梁所在地區半年的溫度變化，分析溫度對箱梁造成的影響。本工況的邊界條件設定為：箱梁半結構橋墩一側限制3個方向位移為0；箱梁半結構跨中一側限制2個水準方向位移為0；橫隔梁兩端限制豎向位移。
如圖15所示為豎向位移雲圖，箱梁在重力和索力的作用下，産生豎向位移，由于橋自身重量較大，并且由于拉索的拉力，使得拉索伸長，進而産生橋體向下位移的現象。在橋體跨中處，由于橋塔的支援力作用，使得跨中處的豎向位移較小，位移大約為1.2cm（圖15中左上角綠色部分），遠離橋塔的一側豎向位移較大，豎向位移大約為5.0cm。
圖15 豎向位移雲圖
最大主應力雲圖如圖16所示，箱梁在重力、溫度升降循環、拉索索力和鋼筋預應力共同作用下主要承受拉應力，拉應力值大約為2.35MPa，局部産生應力集中，應力值較大，大約為10.30MPa，造成局部破壞。并且由應力雲圖可知，箱梁頂部和底部存在部分壓應力區域，主要原因是由于箱梁在溫度作用下會發生熱傳導，但是由于混凝土材料熱傳導系數較低，比熱容較大，是以熱傳導速度較慢，進而産生較大的溫度梯度。從圖中可以發現，箱梁頂闆底部出現了部分拉應力區域，這是由于頂闆上表面受到溫度作用，材料受熱膨脹，下表面溫度較低，單元膨脹的水準不高，使得下表面的混凝土限制了上表面混凝土的膨脹，是以出現溫度較高區域受壓，溫度較低區域受拉的情況。在頂闆和橫隔闆的交界處存在突變的凹凸角，容易造成該區域應力集 中，是以這也是該區域應力水準較高的原因之一。
圖16 最大主應力雲圖
在圖16中也可以看出箱梁頂闆和底闆均出現較多的裂縫，裂縫産生原因如下：在施加溫度的初始階段，由于鋼筋混凝土的熱傳導系數較小，熱傳導過程較慢，此時熱量的傳導主要在箱梁頂闆、底闆和翼緣闆，對腹闆影響較小，造成這些區域上下表面的溫差較大。當溫度不斷升高，溫度梯度增大時，溫度應力也會不斷加大（闆高溫一側受壓，低溫一側受拉）。随着箱梁受到多次循環的升溫-降溫作用，闆内的殘餘溫度應力會不斷疊加，使得闆的應力水準也不斷加大。同時考慮混凝土為非均勻媒體，各種材料的導熱系數和熱膨脹系數不同，是以混凝土内部材料之間的不均勻膨脹也會在闆内産生不同水準的熱膨脹應力。
直線梁重力+預應力+索力+溫度作用耦合分析
拉索是斜拉橋的傳力構件之一，斜拉索與橫隔梁相連，将箱梁體的力傳至索塔。由于斜拉索的結構特點，除了會産生豎直向上的力以外，還會産生沿橋梁縱向方向的水準力，這些水準力表現為作用在梁體的軸力，在曲線橋的情況下，這些軸力存在偏心，使得梁體内産生彎矩，造成局部區域受拉，導緻裂縫産生和擴充；而在直線橋情況下，索塔兩端的斜拉索造成的水準力會互相平衡，不産生彎矩。綜上，在此對橋體進行重建立模，本次模組化為直橋，即橋體水準方向無偏移。計算模型劃分為95994個四面體單元，本模型含有 27671 個總節點，網格尺寸為0.70 m，如圖17所示。單元内采用linear線彈性本構，界面采用 brittleMC 脆性斷裂本構。計算輸入參數參考C60鋼筋混凝土的各項參數，預應力筋采用錨杆單元等效。
圖17 直橋模型網格
本工況同樣考慮重力、預應力、索力和溫度的共同作用，預應力和索力分别按照第一工況和第二工況相同的參數值進行設定。設定橋體的初始溫度為20℃，在橋面和橋底施加變化且升溫-降溫循環的溫度邊界。溫度邊界在30d内均勻地從20℃升至70℃，持續2個月，随後在30d内均勻地從70℃降溫至20℃，持續2個月，模拟橋梁所在地區半年的溫度變化，分析溫度對箱梁造成的影響。本工況的邊界條件設定為：箱梁半結構橋墩一側限制3個方向位移為0；箱梁半結構跨中一側限制2個水準方向位移為0；橫隔梁兩端限制豎向位移。
橋體在重力、預應力、索力和溫度升溫-降溫循環作用下，直線型箱梁的豎向位移雲圖如圖18所示，箱梁在重力和索力的作用下，産生豎向位移，由于橋自身重量較大，并且由于拉索的拉力，使得拉索伸長，進而橋體向下位移。在橋體跨中處，由于橋塔的支援力，使得跨中處的豎向位移較小，位移大約為0.74cm（圖中左上角黃色區域），遠離橋塔的一側豎向位移較大，豎向位移大約為1.60cm。最大主應力雲圖如圖19所示，直線型箱梁在重力、溫度升降循環、拉索索力和鋼筋預應力共同作用下主要承受拉應力，拉應力值大約為2.35MPa，局部産生應力集中，應力值較大，大約為10.30MPa，造成局部破壞。并且由應力雲圖可知，箱梁頂部和底部存在部分壓應力區域，主要原因與上述彎曲箱梁類似，由于溫度傳遞造成局部應力不同。
圖18 直線型箱梁的豎向位移雲圖
圖19 直線型箱梁的最大主應力雲圖
彎曲梁與直線梁結果對比分析
對曲線型箱梁和直線型箱梁B2監測點的最大主應力進行了監測，并繪制了最大主應力時程曲線如圖20所示，從圖中可知，2種情況橋面闆最大主應力随着溫度的升高和降低發生波動，且曲線型箱梁和直線型箱梁最大主應力時程曲線高度相似；為進一步探究彎矩存在對橋面闆裂縫的影響，引入無量綱參量破裂度，并繪制破裂度時程曲線如圖21所示，可以看出2條曲線高度相似。綜上所述，彎曲型橋和直線型橋的差別不大，即在相同工況下橋梁彎矩的存在不會進一步使裂縫開裂加劇，彎矩存在不是構成橋面闆裂縫産生的原因。
圖20 監測點最大主應力對比
圖21 破裂度時程曲線對比
讨論
參考實際工程施加邊界條件，箱梁的傳力路徑為：箱梁荷載傳至橫隔梁，再由橫隔梁傳至兩端的拉索，由拉索經索塔傳至地基，或箱梁荷載由塔墩直接傳至地基。在自重應力、溫度應力及膨脹應力耦合作用下箱梁極有可能在上述的潛在危險截面開裂，進而産生縱向裂縫。箱梁的頂闆、底闆和翼緣闆上下邊緣均出現了大量的縱向裂縫，模拟結果與檢測結果相符。
随着熱量的傳導，頂闆和翼緣闆上下側的溫度梯度逐漸減小，闆下側溫度逐漸升高，在這個階段，熱量會從頂闆和翼緣闆向與之接觸的腹闆傳導，由于腹闆高度較大，熱量在腹闆的傳導非常慢，造成腹闆沿高度方向的溫度梯度較大，進而産生較大的溫度應力。
由于腹闆和頂闆連接配接處存在凹凸角，這些地方可能會出現應力集中現象，應力水準比其周圍區域大，是以這些區域極易成為危險截面。在翼闆、橫隔闆和腹闆的連接配接處，出現了明顯的斜向裂縫。主要原因可能是在角部出現較大的應力集中産生破壞，并在溫度應力及自重的影響下發生斜向破裂。由于溫度梯度的作用，使腹闆存在溫度應力，同時由于混凝土組成材料的差異性，使得混凝土内部受熱膨脹的程度不同，在溫度應力和膨脹應力的同時作用下，在腹闆上産生一條或若幹條豎向裂縫。同時，車輛荷載的長期作用會進一步促進已有裂縫的擴充，減少橋體的服用年限。
結論
根據黃龍帶特大橋檢測報告，考慮了重力、鋼筋預應力、拉索索力、車輛荷載及溫度的耦合作用，基于CDEM建立三維數值模型進行數值模拟，對橋面闆裂縫成因進行了分析，主要工作及結論如下。
1） 考慮橋面闆在重力、鋼筋預應力及拉索索力作用下的力學行為，結果表明：重力、鋼筋預應力及拉索索力不是橋梁産生裂縫的主要原因，同時鋼筋預應力在一定程度上有阻礙裂縫開展的作用。
2） 對比了曲線橋和直線橋在重力、拉索索力、鋼筋預應力及車輛動荷載耦合作用下的最大主應力和破裂度，曲線型橋和直線型橋的差別不大，彎矩存在不是構成橋面闆裂縫産生的原因。
3） 裂縫的成因主要是由于溫度殘餘應力的作用使混凝土産生裂縫，之後在車輛荷載的持續作用下，使已有裂縫進一步擴充。
本文作者：甘建鋒、鐘運平、饒法強、秦凱強、曹汝洋、張一鳴
作者簡介：甘建鋒，廣州大廣高速公路有限公司，工程師，研究方向為公路橋梁工程建設與管理；張一鳴（通信作者），河北工業大學土木與交通學院，教授，研究方向為岩土工程。
原文發表于《科技導報》2023年第11期，歡迎訂閱檢視。