浅析桥梁裂缝产生原因

何 贇

(贵州省公路桥梁工程总公司,贵州 贵阳 550001)

中图分类号:U448.34TU756.44 文献标识码:A文章编号:1673-0992(2009)12-080-01

摘要:近年来,随着社会的不断发展,交通基础建设也迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁建造和使用过程中,因出现裂缝而影响工程质量甚至桥梁垮塌的报道屡见不鲜。

关键词:桥梁;裂缝;原因

近年来,随着社会的不断发展,交通基础建设也迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁建造和使用过程中,因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”,经常困扰着桥梁工程技术人员。其实,如果能够及时采取一定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文尽可能对混凝土桥梁裂缝产生的原因作较全面的分析、总结,以方便能够找到可行办法,达到防患于未然的作用。

一、荷载引起的裂缝

1.在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑 ,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

2.桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。研究表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中,经常在跨内根据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。 若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处就会容易出现裂缝。 实际工程中,次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起,随着现代计算手段的不断完善,次应力裂缝也是可以做到合理验算的。根据结构不同受力方式,产生的裂缝特征如下:(1) 中心受拉。裂缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时,裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。(2)中心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。(3)受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝,并逐渐向中心和轴方向发展。采用纹钢筋时,裂缝间可见较短的次裂缝。(4)大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件,类似于受弯构件。(5)小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,类似于中心受压构件。(6)受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝;当箍 筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。(7)受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝,并向相邻面以螺旋方向展开。

二、温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化时,混凝土将会发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别于其他裂缝的最主要特征是随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要施工因素有:(1)水化热。出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.Om)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。(2)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。(3)预制T梁时横隔板安装,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂。

三、施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异,比较常见的有:

1.混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2.混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。

3.混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。

4.混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土坍落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

5.混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

6.在泵送混凝土施工时,为确保混凝土的流动性,增加水和水泥用量,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加.使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

7.混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时,后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑,引起层面之间的水平裂缝;采用分段现浇时,先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间粘结力小。或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。

8.混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。

9.施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形.产生与模板变形一致的裂缝。

10.施工时拆模过早.混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

11.安装顺序不正确.对产生的后果认识不足,导致产生裂缝。

四、冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

五、结束语

由上述可知,设计疏漏、施工低劣、监理不力,均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。如何采取一定的设计和施工措施来克服和控制大的裂缝产生,是每一个工程技术人员应该遵循的原则。因此,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。©

参考文献:

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社.1997.08

[2] 崔进强.桥梁施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社.2001.11

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