鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述

周遵能

(貴州畢節(jié)公路工程處)

鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述

周遵能

(貴州畢節(jié)公路工程處)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，橋梁工程數(shù)量不斷增加。但是，在橋梁建造和使用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由裂縫引起的安全事故?；炷灵_裂已經(jīng)成為橋梁的一個(gè)通病。事實(shí)上，只要采取一些科學(xué)有效的措施，混凝土橋梁裂縫完全可以被消除。為了綜合提高橋梁施工質(zhì)量，需要充分認(rèn)識(shí)裂縫的成因，對(duì)混凝土橋梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。

鋼筋混凝土;橋梁裂縫;成因

1 荷載引起的裂縫

1.1 直接應(yīng)力裂縫

(1)設(shè)計(jì)計(jì)算階段。在橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，由于漏掉了一些內(nèi)容而使結(jié)構(gòu)不合理;橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇不符合實(shí)際的設(shè)計(jì)模型;在計(jì)算受力時(shí)，沒有考慮實(shí)際的受力情況，從而導(dǎo)致假設(shè)受力與實(shí)際受力之間存在一定的誤差;根據(jù)受力情況確定配筋數(shù)量時(shí)，存在一定的誤差;對(duì)橋梁的剛度設(shè)計(jì)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);計(jì)算設(shè)計(jì)的相關(guān)圖紙文字說明不夠清晰等。

(2)施工階段。任意堆放施工材料、機(jī)具;在不了預(yù)制結(jié)構(gòu)受力情況下，隨意起吊、翻身、安裝;私自改變結(jié)構(gòu)受力模式，更改既定的施工工序，不嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工;缺少結(jié)構(gòu)疲勞度試驗(yàn)等。

(3)使用階段。在橋梁投入使用之后，如果實(shí)際承受的荷載超過了橋梁設(shè)計(jì)的荷載限度，則會(huì)出現(xiàn)裂縫;橋梁受到車輛等的猛烈的撞擊也會(huì)出現(xiàn)裂縫;此外，在遭受惡劣天氣比如暴雨、狂風(fēng)等的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.2 次應(yīng)力裂縫

(1)理論設(shè)計(jì)與實(shí)際存在偏差。在橋梁次應(yīng)力設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于實(shí)際工作狀態(tài)與計(jì)算設(shè)計(jì)之間存在誤差或者是在設(shè)計(jì)的時(shí)候根本就沒有考慮到實(shí)際使用的情況，導(dǎo)致橋梁某些部位出現(xiàn)次應(yīng)力，損壞了橋梁。比如在設(shè)計(jì)拱腳時(shí)使用特殊形式的鋼管，從而使拱腳斷面尺寸減少，實(shí)際該處應(yīng)該能夠抗彎，而理論上該處卻沒有彎矩，從而使該處鋼筋出現(xiàn)裂縫。

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較困難。橋梁設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的工作，其涉及的內(nèi)容非常多，包括開洞、鑿槽等，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，難度較大，實(shí)際的做法是，在參考設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來對(duì)相關(guān)的構(gòu)件(如受力鋼筋等)進(jìn)行設(shè)計(jì)。相關(guān)試驗(yàn)表明，如果在構(gòu)件上挖孔，其上的力流會(huì)出現(xiàn)不同情況的繞射，從而會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。為了實(shí)際需要，橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)常需要設(shè)置錨頭，而錨頭是應(yīng)力經(jīng)常聚集的地方，很容易出現(xiàn)裂縫。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，如果不能夠考慮周全，經(jīng)常會(huì)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角等部位出現(xiàn)裂縫。一定范圍內(nèi)錨具下處于橫向受壓，之后會(huì)出現(xiàn)橫向受拉情況，一旦拉力大于混凝土抗拉強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

2 溫度變化引起的裂縫

2.1 驟然降溫

一些變化較大的天氣情況，比如冷空氣侵襲、突然下大雨或是日落等可能會(huì)使橋梁的構(gòu)件溫度在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大的變化，與此同時(shí)，橋梁內(nèi)部的溫度變化是相對(duì)較慢的，于是會(huì)在其表面產(chǎn)生裂縫。在驟然降溫橋梁內(nèi)力計(jì)算的過程中需要根據(jù)相關(guān)的資料比如實(shí)橋資料或者是橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范等進(jìn)行計(jì)算，值得注意的是，該種計(jì)算不需要考慮彈性模型的折減情況。

2.2 水化熱

在橋梁的施工過程中，如果遇到厚度超過2 m的大體積混凝土，則其在施工之后由于水泥水化會(huì)放出一定的熱量，從而出現(xiàn)外部溫度較高而內(nèi)部溫度較低的情況，使得混凝土表面出現(xiàn)裂縫。水化熱裂縫的種類有很多種，最常見的就是骨料膨脹。因此，為了提高橋梁的美觀度和整體質(zhì)量，在施工的過程中應(yīng)該盡量少用水化熱較大的水泥，而且要較少水泥單位用量，從而使混凝土的內(nèi)外溫差處在一定的范圍內(nèi)，不會(huì)造成水化熱裂縫。

2.3 日照

在橋梁的顯著部位如主梁、橋面板以及橋墩側(cè)面經(jīng)常會(huì)受到太陽的曝曬，這些部位的溫度一般會(huì)比別的部位高出很多，并且溫度變化是呈非線性變化的。加上橋梁自身存在一定的約束應(yīng)力，從而導(dǎo)致橋梁的某些部位受到比較大的拉力，很容易出現(xiàn)裂縫。日照和驟然降溫是兩種最容易產(chǎn)生裂縫的原因。

2.4 年溫差

年溫差的變化幅度較小，主要影響橋梁的縱向位移。應(yīng)對(duì)橋梁年溫差導(dǎo)致的縱向位移的方法主要有設(shè)置柔性墩以及設(shè)置橋面伸縮縫等。不過，對(duì)于位移受到限制的橋梁，比如鋼架橋、拱橋等，其很容易出現(xiàn)溫度裂縫。

3 收縮引起的裂縫

3.1 塑性收縮

一般來講，混凝土在澆筑5 h左右的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)正常的水化反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，伴隨著分子鏈的形成，導(dǎo)致水分蒸發(fā)以及泌水的情況，從而導(dǎo)致混凝土失水，與此同時(shí)，混凝土中的骨料也會(huì)因自身的重力而不斷地下沉，因?yàn)檫@時(shí)候水凝還沒有硬化，因此這種收縮經(jīng)常稱為塑性收縮。塑性收縮的最大收縮量可以達(dá)到1%左右?；炷林械墓橇先绻蛳鲁炼龅戒摻?，則會(huì)沿著鋼筋產(chǎn)生一定的裂縫。減小混凝土塑性收縮的方法有很多，包括攪拌時(shí)間要適宜，控制好下料的速度，控制水泥的水灰比等。

3.2 縮水收縮(干縮)

在混凝土凝結(jié)之后，其表面的濕度會(huì)降低，水分逐漸減少，體積較之前有所減小，這種收縮成為縮水收縮(干縮)。由于混凝土內(nèi)外部水分的散失速度存在差異，表現(xiàn)為內(nèi)部散熱慢而外部散熱快，于是在混凝土內(nèi)外部就會(huì)產(chǎn)生不一致的收縮，在此情況下，混凝土的表面就會(huì)承受一定的拉力，而一旦混凝土自身的抗拉強(qiáng)度小于混凝土所承受拉力的時(shí)候，就會(huì)在混凝土的表面產(chǎn)生一定的收縮裂縫。一般來講，在混凝土硬化之后，縮水收縮是最常見的收縮情況。

3.3 自生收縮

在混凝土硬化時(shí)，其中的水泥與水之間會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，通常稱為自身收縮。粉煤灰水泥混凝土和礦渣水泥混凝土的自身收縮會(huì)使自身體積膨脹，而普通硅酸鹽水泥混凝土的自身收縮則會(huì)使自身的體積變收縮。

4 結(jié)束語

鋼筋混凝土是非常優(yōu)質(zhì)的橋梁施工材料，作用非常強(qiáng)大，能夠保證橋梁正常功能的發(fā)揮。只有深入的研究和分析裂縫的成因，才能夠?yàn)榻鉀Q問題提供堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，提高橋梁的整體質(zhì)量。

［1］冀文燦，王霞.淺析混凝土橋梁裂縫的種類及成因［J］.科技風(fēng)，2009，(18).

［2］陳瑤，朱國富，王前芳.淺析產(chǎn)生橋梁裂縫的原因［J］.黑龍江交通科技，2003，(8).

U445.7

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1008－3383(2014)04－0121－01

2013－11－19

周遵能(1977－)，男，貴州畢節(jié)人，中級(jí)職稱，從事公路橋梁施工研究。