梁式橋常見裂縫的表現(xiàn)形式及成因分析

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

莊家智1，王柱2（1重慶市設(shè)計(jì)院，重慶　400015；2重慶市沙坪壩區(qū)市政園林管理局，重慶　400030）

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梁式橋常見裂縫的表現(xiàn)形式及成因分析

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

莊家智1，王柱2
（1重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015；2重慶市沙坪壩區(qū)市政園林管理局，重慶400030）

摘要：目前梁式橋普遍存在的病害問題是裂縫，開裂只是結(jié)構(gòu)、構(gòu)件承載力下降的一種表面征兆和構(gòu)造性的反應(yīng)，并非導(dǎo)致其承載力下降的實(shí)質(zhì)性原因，故不可能通過單純的裂縫修補(bǔ)來恢復(fù)其承載功能。應(yīng)究其原因，對癥下藥，才能有效地預(yù)防裂縫的產(chǎn)生或者加固已有病害橋梁。該文對常見幾種裂縫的表現(xiàn)形式，就其成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，以方便為設(shè)計(jì)、施工找出控制這些裂縫的可行辦法，達(dá)到防范于未然的作用。

關(guān)鍵詞：梁式橋；裂縫；病害；加固

Abstract:It is quite common for a girder bridge to embrace the problem of cracking, which is just an external phenomenon and structural reflection of the bearing capacity of the structure and components, not the real cause of bearing capacity reduction, so the simple cracking repair cannot regain the function of bearing, instead, the real causes should be detected for the prevention and reinforcement of the girder bridge. In this paper, the manifestation modes of several common crackings are presented with causes analyzed systematically for prevention measures.

Keywords:girder bridges; cracking; hazard; reinforcement

0　引言

隨著時(shí)間的推移，交通量不斷增大，目前相當(dāng)數(shù)量的公路橋梁,常常由于外界環(huán)境的變化、承受活載增長等原因[1]造成相當(dāng)數(shù)量的橋梁存在老化、破損等病害情況，導(dǎo)致橋梁承載能力不足。而裂縫又是橋梁病害最常見的一種形式，其誘發(fā)原因復(fù)雜多變，要針對病根對癥下藥，就必須對裂縫病害的成因做認(rèn)真分析，才能有針對地提出防止裂縫和加固橋梁，提高橋梁承載力的措施。本文針對一種常見的橋型——梁式橋常見的幾種裂縫的表現(xiàn)形式，就其成因進(jìn)行了相對系統(tǒng)的分析，以方便為設(shè)計(jì)、施工找出控制這些裂縫的可行辦法，達(dá)到防范于未然的作用。

1　梁式橋常見裂縫的表現(xiàn)形式

1.1橋梁裂縫的分類

橋梁裂縫按其表現(xiàn)形式可以分為以下三種：

（1）貫穿裂縫：結(jié)構(gòu)分離，不再保持整體性，危害最大。

（2）深層裂縫：裂縫延伸到深層，危害著結(jié)構(gòu)的整體性，危害嚴(yán)重。

（3）表面裂縫：結(jié)構(gòu)表面淺層，龜紋狀裂縫、豎向裂縫、水平裂縫、干縮裂縫等[2]。

1.2梁式橋常見裂縫的具體表現(xiàn)形式

（1）彎曲裂縫

如圖1所示的梁板結(jié)構(gòu)裂縫圖，梁的彎拉區(qū)產(chǎn)生的是彎曲裂縫，主要表現(xiàn)形式為從梁底向上開裂，垂直于主筋。

這種裂縫在受荷時(shí)，已有裂縫的長度會緩慢地延長，裂縫也會變寬，同時(shí)，又會出現(xiàn)新的裂縫；卸載時(shí)，裂縫一般恢復(fù)原狀，這樣的裂縫是屬于彈性范圍的裂縫，性質(zhì)比較穩(wěn)定，但是，有個(gè)別裂縫為深層裂縫，也有部分貫穿裂縫。

（2）剪切裂縫

如圖1所示，在梁的剪拉區(qū)產(chǎn)生的斜裂縫，發(fā)生在支座與1/4跨徑之間，與梁軸間的夾角一般為45～60°的夾角。

圖1　梁板結(jié)構(gòu)裂縫圖

這種裂縫寬度不會很大，但是易與受拉區(qū)裂縫相連。

（3）梁板結(jié)構(gòu)主筋部分的水平縱向裂縫

在主筋位置附近，沿著主筋的延伸方向，會出現(xiàn)水平縱向裂縫，一般長度可達(dá)半跨，寬度較大。

這種裂縫產(chǎn)生原因較復(fù)雜，或是混凝土先開裂，繼而鋼筋銹蝕；或是鋼筋銹蝕膨脹引起混凝土開裂，與施工質(zhì)量，保護(hù)層厚度，混凝土添加劑等有關(guān)。

（4）混凝土梁上的網(wǎng)狀裂縫

混凝土梁上有時(shí)會產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，這種裂縫在車輛荷載下長度和寬度變化一般較小，一般是由于混凝土內(nèi)外所受外界不均勻的非荷載作用所致。

圖2　梁板側(cè)面的網(wǎng)狀裂縫圖

（5）支座處裂縫

在簡支梁支座的墊板處的梁體上，支座墊板與混凝土的交界處，往往會發(fā)生兩條大的斜裂縫，主要原因是橋墩發(fā)生不均勻沉降、歪斜；局部混凝土承壓不夠；支座傾斜或者活動(dòng)支座失靈。

圖3　梁體鋼板支座處的裂縫圖

2　梁式橋裂縫產(chǎn)生的原因分析

梁式橋裂縫產(chǎn)生的原因歸根結(jié)底可以分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要有：構(gòu)件的材料質(zhì)量缺陷，截面尺寸設(shè)計(jì)不足、施工、設(shè)計(jì)缺陷、養(yǎng)護(hù)失誤等。外因主要?dú)w結(jié)為：結(jié)構(gòu)超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災(zāi)害損壞影響等。

2.1混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料質(zhì)量缺陷

橋梁工程中，質(zhì)量、速度和經(jīng)濟(jì)往往相互制約，如果片面地追求經(jīng)濟(jì)和速度，那么質(zhì)量就得不到保證。施工單位為求利益最大化，往往會片面地追求經(jīng)濟(jì)和速度。

為了降低成本，施工單位往往會使用一些達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的水泥，或者偷工減料，這樣做的直接后果就是導(dǎo)致橋梁的抗力降低，使用一段時(shí)間便會出現(xiàn)明顯的裂縫。

同時(shí)為了片面追求施工進(jìn)度，施工單位往往會在水泥中加入過量早強(qiáng)劑、減水劑等?；炷林刑砑觿┑倪^量使用往往會導(dǎo)致混凝土碳化，鋼筋銹蝕，從而使混凝土產(chǎn)生脹裂裂縫[3]。

2.2截面尺寸不足

橋梁的自身的抗力不僅與材料性能有關(guān)，更取決于結(jié)構(gòu)的整體剛度，截面尺寸過小會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體剛度不足，使得抗力過小，難以抵抗使用階段的外荷載。因此，截面尺寸也不容忽視。

截面尺寸不足有可能是施工方為偷工減料，或者其他失誤造成的，也有可能是設(shè)計(jì)偏于保守造成的。

2.3施工

一座橋梁結(jié)構(gòu)的失效很容易讓大家聯(lián)想到施工問題，比如說前面所講的偷工減料，或者在混凝土里面加入過量的添加劑，因此，施工問題是大家所關(guān)注的一個(gè)比較重要的問題。

施工問題主要有鋼筋保護(hù)層以及混凝土構(gòu)件的人缺陷，如：水泥選用不當(dāng)、混凝土配合比不合適、振搗不充分或者過振、預(yù)應(yīng)力的施加或者不養(yǎng)護(hù)不到位等[4]。

2.4設(shè)計(jì)缺陷

部分橋梁設(shè)計(jì)上存在問題，也是引發(fā)事故的一個(gè)重要因素。一個(gè)工程不可一味地說成是施工問題，設(shè)計(jì)一旦出了問題，可能比施工問題還要大，可能造成的事故會更惡劣。

設(shè)計(jì)的缺陷主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)所采用的規(guī)范本身所存在的不足、設(shè)計(jì)時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)包等加重了結(jié)構(gòu)的安全隱患。

2.5養(yǎng)護(hù)

重建輕養(yǎng)是我國橋梁普遍存在的問題，橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)各個(gè)組成部件具有不同的耐久性極限，需要定期檢測、評價(jià)、鑒定、養(yǎng)護(hù)、修理，甚至更換或加固，才能保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的服務(wù)功能。

重建輕養(yǎng)的直接結(jié)果：隨著交通量的與日俱增，車輛載重量的不斷提升，很多橋梁處于帶病超負(fù)荷運(yùn)營狀態(tài)，損壞速度不斷加快。

2.6結(jié)構(gòu)超載

隨著社會的發(fā)展，交通運(yùn)輸競爭已日益激烈，對于橋梁按原有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來說，能夠抵御原有的設(shè)荷載，但車輛的超載問題愈來愈嚴(yán)重，使得橋梁結(jié)構(gòu)不堪重負(fù)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，承載力下降，形成惡性循環(huán)。

2.7位移約束

當(dāng)受地基或者其他因素的影響橋墩產(chǎn)生傾斜、不均勻的沉降，基礎(chǔ)產(chǎn)生水平位移會使得超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度的時(shí)候結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生裂縫，這是位移約束的一種常見形式。

2.8溫度

溫度是影響混凝土開裂的不可忽視的因素?；炷潦軠囟鹊挠绊憰a(chǎn)生熱脹冷縮的效應(yīng)。當(dāng)受到溫度的影響時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生變形，而混凝土往往具有一定的厚度，使得混凝土塊內(nèi)部和外部往往具有不同的溫度，即溫差，這樣就會使得混凝土內(nèi)部和外部變形不一致，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度的時(shí)候就會產(chǎn)生溫度裂縫。引起溫度變化的因素很多，最主要的有日照、年溫差、水化熱、驟然降溫、冬季施工或養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)?shù)萚5]。

日照溫差會使得混凝土塊背光側(cè)和面光側(cè)溫度明顯不一樣，暴露在太陽底下的結(jié)構(gòu)面溫度明顯高于其他部位。由于受到自身變形的約束，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，從而產(chǎn)生裂縫。由于日照溫差是常有的，所以是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見因素之一[6]。

年溫差主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移引起縱向裂縫。

水化熱。在澆筑大體積混凝土的時(shí)候，由于水泥水化會釋放熱量，與大氣接觸的結(jié)構(gòu)外表面熱量釋放較快，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于受到約束，導(dǎo)致熱量無法及時(shí)釋放，使得內(nèi)外溫差較大，從而導(dǎo)致表面裂縫的產(chǎn)生。

驟然降溫。日落、冷空氣侵襲、突降大雪等使得混凝土結(jié)構(gòu)外部溫度突然降低。但結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的下降則相對較慢，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。導(dǎo)致驟然降溫裂縫的產(chǎn)生。

在冬季施工或者養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要采取特殊的措施來避免混凝土驟冷驟熱的影響。但當(dāng)措施使用不當(dāng)時(shí)，往往會使得內(nèi)外溫度不均，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生[7]。

2.9其他

引起梁式橋開裂的其他因素如收縮、徐變影響、災(zāi)害損壞影響等?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土的收縮，產(chǎn)生收縮的原因是混凝土在凝結(jié)硬化過程中化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的“凝縮”和混凝土自由水分蒸發(fā)所產(chǎn)生的“干縮”兩部分所引起的體積變形。由于收縮導(dǎo)致混凝土的體積變形，會對混凝土造成收縮裂縫；混凝土在長期荷載作用下應(yīng)力不變應(yīng)變隨著時(shí)間繼續(xù)增長的現(xiàn)象混稱為凝土的徐變，混凝土的徐變有時(shí)也會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，所以混凝土徐變也不容忽視；如果偶遇地震、船舶撞擊等偶然荷載的作用，可能會使橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂甚至倒塌，因此在設(shè)計(jì)和施工的過程中應(yīng)充分考慮橋梁所受偶然作用的因素[8]。

5　結(jié)語

（1）梁式橋裂縫產(chǎn)生的原因可以分為內(nèi)因和外因。

（2）導(dǎo)致梁式橋開裂的內(nèi)因有混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料質(zhì)量缺陷，截面尺寸不足，設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)失誤等。

（3）導(dǎo)致梁式橋開裂的外因有結(jié)構(gòu)超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災(zāi)害損壞影響等。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢秀清.石拱橋常見橋型與病害分析[J]．山西建筑，2010，36（2）：334-335．

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[5]段莉麗.橋梁裂縫產(chǎn)生的原因分析及整治方案[J].太原鐵道科技，2009，6（28）：45-48．

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[7]江楠，胡明峰.橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析[J].交通科技，2012，10（10）：42-45.

[8]孫元桃.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社，2009: 13-14.

責(zé)任編輯：孫蘇

信息快讀

成都規(guī)定嚴(yán)禁竣工建筑擅自增加外部突出構(gòu)件

鑒于近期全國各地連續(xù)發(fā)生陽臺、挑檐等構(gòu)件斷裂、垮塌事件，為避免此類事件在成都市發(fā)生，成都市建委在加強(qiáng)房屋建筑工程外部突出構(gòu)件安全監(jiān)管方面發(fā)出了專門《通知》。根據(jù)《通知》內(nèi)容，成都城區(qū)范圍內(nèi)將嚴(yán)禁對竣工驗(yàn)收交付使用后的房屋建筑擅自增加外部突出構(gòu)件。

（摘自：《成都日報(bào)》）

作者簡介：莊家智（1983-），男，漢族，重慶人，研究生，工程師，主要從事橋梁工程相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2015-11-08

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.01.061

中圖分類號：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）01-0061-03