桥梁裂纹成因分析与研究

王 蓉姜杰伟

（1重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074 2重庆市开县职业教育中心机电部 重庆 405400）

桥梁裂纹成因分析与研究

王 蓉1姜杰伟2

（1重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074 2重庆市开县职业教育中心机电部 重庆 405400）

随着交通运输事业的快速发展，交通量与日俱增，车辆载重显著提高，加之人为或自然因素等的影响，使得许多桥梁处于带病、超负荷工作状态。其中裂纹是桥梁最为常见的病害之一，裂纹的萌生及扩展对桥梁的运营安全造成潜在的危险。文中对常见桥梁裂纹类型进行了探讨，同时对相关的原因进行了较为深入的分析，论文分析的结果可为实际桥梁裂纹修补和加固措施提供理论依据。

桥梁；病害；裂纹；加固

1 引言

桥梁是连接道路交通的重要枢纽，在交通和交通发展中起着举足轻重的作用。桥梁病害的大量存在不仅影响交通路线的畅通，还可能危及人们的生命财产安全。其中，由疲劳损伤、钢丝锈蚀、混凝土开裂诱发的桥梁裂纹是最为普遍的，轻则导致结构承载能力降低,重则桥梁结构直接破坏，威胁过往车辆及行人的生命财产安全。如2001年四川省宜宾市金沙江南门大桥两端先后发生断裂，两辆汽车坠入江中，一艘小型船只被毁，造成宜宾市区南北公路交通中断[1]；1951年加拿大魁北克市的杜佩利西斯全焊接钢板梁大桥整跨断毁，落于冰冻的河中[2]。因此本文从多方面对桥梁裂纹的种类和产生原因进行了探讨，对今后桥梁病害的综合治理具有重要意义。

2 常见裂纹类型及形成原因

桥梁裂纹的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，因此当裂纹产生时，不能一概而论认为是质量问题。如对于普通钢筋混凝土构件来说，在一定范围内，其裂纹的存在是允许的，但当裂缝超过一定限度时，就会对结构耐久性产生影响。

2.1 常见裂纹类型

桥梁裂纹的分类按不同的分类方式有多种：

从安全角度可分为工作裂纹和非正常裂纹；按客观成因可分为先天裂纹、原生裂纹和后天裂纹；从力学机理角度可分为弯曲裂纹、剪切裂纹等；从结构承载力的影响的角度可分为结构裂纹和非结构裂纹[3]。按其表现形式可以归纳为：表面裂纹、贯穿裂纹和深层裂纹等[4]。贯穿裂纹延伸至整个桥梁结构的断面，破坏了结构的整体性，对桥梁的寿命造成潜在危险。深层裂纹一般直观上不可见，只有通过探测仪器才可以发现。按其几何形式来看，常见的有：纵向裂纹、横向裂纹和斜裂纹。在实际的桥梁检测中，以纵向裂纹最为常见，而以桥梁跨中横向裂纹最为危险。

2.2 裂缝形成原因

尽管桥梁裂缝的种类繁多，但就其产生的原因[5，6]，大致有如下几种。

2.2.1 荷载引起的裂缝

桥梁结构构造与受力较复杂，在车辆荷载的反复作用下易疲劳失效。20世纪90年代建成的虎门大桥、宜昌长江大桥的已出现疲劳开裂问题[7]。桥梁荷载引起的裂纹，主要有直接应力裂纹、次应力裂纹两种。直接应力裂纹是指外荷载引起的直接应力超过《桥规》的规定值所产生的裂缝，从设计计算到使用阶段，其中任何一个环节出现问题，都可能导致桥梁产生这类裂缝；次应力裂纹是指由外荷载引起的次生应力产生裂纹，由于结构实际工作状态同常规计算的出入、计算时考虑不周或施工等原因都会引起次应力裂缝。

2.2.2 变形引起的裂缝

大量的调查与实测研究证明裂纹的出现并非仅由荷载作用引起。温度变化、混凝土收缩徐变及地基不均匀沉降等都是产生桥梁裂纹的原因。

（1）温度变化引起的裂纹

混凝土构件由于其具有热胀冷缩性质，温度发生变化时，结构各部分材料都将发生变形，若变形受到约束，则在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生裂缝。引起温度变化主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等，对桥梁混凝土箱梁使用性能影响较大的是短期温差作用。此外，结构混凝土内部存在非稳态和非线性的温度场，由此产生的过大温差使许多设计上认为完善的预应力混凝土箱梁产生了严重裂缝，有的桥梁甚至被迫停运修复，造成严重的经济损失。近年各国工程界进行了大量的理论、试验研究及现场实测，已取得了一定成果，将温度作用的计算方法纳入桥梁设计规范[8]。

（2）混凝土收缩徐变引起的裂纹

由于混凝土材料特性的原因，塑性收缩和缩水收缩都将使混凝土发生变形，从而导致桥梁结构出现裂缝。研究表明，影响混凝土收缩裂纹的主要因素有：水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。由温度和收缩徐变引起的裂纹，通过增配构造钢筋可明显改善。

（3）地基变形引起的裂纹

基础的不均匀沉降，使结构中产生附加应力，当这个力超出混凝土结构的抗拉能力，就会导致结构开裂。对于拱桥等有水平推力结构，更是使其产生水平位移裂缝的主要原因。基础不均匀沉降的原因众多，如：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质；桥梁建成后，原有地基条件变化。因此，对建桥前期的地质勘查工作、设计和施工工作的合理监督和管理可有效避免这类裂纹产生。

2.2.3 钢筋锈蚀引起的裂纹

在钢筋混凝土结构中，混凝土保护层厚度不足、混凝土质量较差都会引起钢筋锈蚀，从而导致桥梁结构承载能力下降，并诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。由于钢筋锈蚀甚至断裂导致的桥梁断裂例子众多。因此防止这类病害的产生或加剧，就要从防止钢筋锈蚀入手。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂纹宽度、采用足够的保护层厚度；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量。

2.2.4 施工材料质量引起的裂纹

配置混凝土所采用材料质量不合格，也可能导致结构出现裂纹。

2.2.5 施工工艺及质量引起的裂纹

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，施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向、横向等各种裂纹。

3 结语

针对由直接应力引起的裂纹，可在运营维护期间严格实行交通管制，限制超载超限过桥车辆，尽量使桥梁避免超负荷工作状态；可通过把桥面板顺桥向整体刚度设计得尽可能小一些，来减少变形引起的裂纹；地基的不均匀沉降不可避免，但可通过监测获取信息，进而及时采取措施进行综合整治；由钢筋锈蚀引起的桥梁开裂，通过设计阶段的优化和施工阶段的严格控制可有效防止；混凝土桥梁疲劳开裂问题较为复杂，可综合运用先进的疲劳损伤、疲劳荷载、疲劳应力监测技术，实时获取混凝土桥梁疲劳损伤监测信息。

[1]姚志强,阮小平,邓清. 拱桥吊杆变形差异引发桥面断裂及类似事故的预防措施[J]. 公路,2002,(7).

[2]李志国. 既有钢桥裂纹及加固研究[D]. 西南交通大学: 西南交通大学,2006. [3]胡隽. 钢筋混凝土桥梁裂缝研究[D]. 杭州：浙江大学. 2005

[4]蒙云, 卢波. 桥梁加固与改造[M]. 北京：人民交通出版社. 2004

[5]赵建华. 断裂力学在桥梁裂纹检测分析中的应用[D]. 长安大学: 长安大学,2009.

[6]刘松平. 钢筋混凝土桥梁裂缝成因分析与加固措施研究[D]. 浙江大学: 浙江大学,2013.

[7]GE Y J,XIANG H F．Concept and Requirements of Sustainable Development in Bridge Engineering[J].Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China,2011,5(4).

[8]王林，项贻强，汪劲丰，等．各国规范关于混凝土箱梁桥温度应力计算的分析与比较[J]．公路，2004（6）.

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A

1007-6344（2016）07-0019-01

王蓉（1992-），女，重庆，硕士研究生，桥梁工程