浅析混凝土桥梁裂缝成因

李勇

（安徽 合肥 230000）

桥梁开裂的原因很多，而且形成过程相对复杂，因此应要求所有工程技术人员进行调查。在桥梁质量问题的成因中，桥梁裂缝引起桥梁质量问题的情况更为普遍。某些开裂会影响桥梁的稳定性。裂缝的出现并不可怕，但是随后的侵入会对桥梁的内部结构造成更严重的破坏，并随着时间的推移威胁桥梁的整体结构[1]。如果这种威胁得不到控制和解决，时间的积累将对桥梁的质量和安全以及行人生命的安全造成严重的问题。这不仅影响建设单位的声誉和经济效益，而且会造成一定的社会影响。简而言之，如果技术人员无法克服和管理桥梁裂缝问题，后果将非常严重，以至于技术人员了解桥梁裂缝的原因尤其重要。

一、桥梁裂缝的类型

桥梁裂缝的原因复杂多样。每种类型的裂纹可能由一种原因引起，也可能由多种原因引起。后者在实际工程中更为常见。裂缝的类型可以大致分为主要由外部载荷引起的结构裂缝和由内部引起的非结构裂缝——这通常是由于结构承载力不足所致。由于载荷的缘故，结构裂缝可具体分为不合理的设计和结构。非结构性裂纹主要是由于基础沉降不均匀引起的结构变形引起的。非结构性裂缝可分为温度变化和混凝土收缩。

二、发生结构裂缝

（一）取决于负载

由载荷引起的结构裂缝是工程结构中非常普遍的情况。结构裂缝经常伴随着结构承载力不足，对项目的整体绩效产生重大影响。混凝土桥梁在静载荷，外载荷和二次应力作用下的结构裂缝被称为载荷裂缝，大致可分为直接应力裂缝和二次应力裂缝。直接应力裂纹是在外部载荷的影响下由结构的直接应力引起的裂纹。裂纹的原因主要如下：

结构设计阶段：安全参考的结构系数太小；结构计算仅基于个人经验分析，没有仔细的计算或仅部分计算；使用的计算模型不合理；力的假设与实际情况不相符。不正确的内力和配筋计算，过于模糊的蓝图无法清楚地说明需要呈现的施工条件；施工阶段：机械，设备，材料的随机性桥梁施工（例如堆放和施工现场）的应力特性不足工人自由运输，提升和移交设备，不按照设计图纸进行合理的施工，随意改变施工顺序。驾驶阶段：超载车辆的长期驾驶，其他尖锐物体的撞击，地震，大雪等。恶劣的自然环境，例如强风。

二次应力裂纹是由外部载荷作用下产生的二次应力引起的裂纹。原因如下：设计在外力作用下，结构的实际使用条件与常规计算有所不同，或者没有考虑计算，因此结构构件内部产生的二次应力会导致构件破裂；在设置桥梁零件的直角或开孔时，很难用准确的数字模拟计算，因此在正常情况下，工程师会根据经验安装钢筋。根据相关研究，挖空的物体会在它们周围产生流动，从而在开口中引起很大的应力集中，如果进行适当的处理，很可能会在开口中发生这种旋转和裂纹。

（二）由于不合理的设计而引起

在桥梁施工过程中，如果最初的设计不合理，则可能会发生结构性裂缝。即，设计中使用的结构形式是由载荷引起的部件破裂的问题。示例：对于非预应力现浇连续箱形梁，梁的上部容易出现带有负弯矩的结构裂缝。结构的拉伸和剪切区域最容易开裂。在其他类型的受力区域中的损坏也意味着组件已达到承载能力极限，并且横截面尺寸过小，即达到了设计不当组件的承载极限，导致组件破裂。

（三）由于施工质量不足而引起

施工质量不合格可分为两种情况：不合格的建筑材料和不合理的施工技术。混凝土是桥梁的钢框架，主要以一定比例与砂、石、水泥、水和外加剂混合，因此，如果这些基础材料不合格，则结构可能会破裂。其次，不合理施工技术的总体情况是：所构造的混凝土保护层太厚；配制混凝土时的搅拌和振动不均匀；混凝土的搅拌和运输时间过长且水分蒸发过多；施工顺序不合理。

三、发生非结构性裂缝

（一）由于温度变化引起

由于混凝土的热膨胀和收缩特性，当外部温度变化时，桥梁的当前结构也会发生一定的体积变形。当这部分变形受到约束时，会产生恒定的结构应力。当抗压强度小于约束产生的应力，从而导致组件损坏和热裂纹。由于温度变化引起的结构裂缝的原因如下：

当注入混凝土时，发生水化反应，结构的内部温度升高，但是外部温度没有升高。由于波动太大，内部和外部的变形程度不同，造成结构破裂；如果冬季未采取温度保护措施，内外部温差将过大而会产生裂缝；此外还有当对混凝土钢筋使用拉伸法进行工程材料改造时，钢筋的预应力温度过高，这种由于使用人为改造工程材料手段所产生的高温导致的钢筋混凝土过度变形而使结构破裂。

（二）由于混凝土的收缩引起

在桥梁结构的施工中，混凝土的收缩是引起构件裂缝的最常见因素之一。在混凝土的各种收缩中，收缩和塑性收缩是引起混凝土变形，随后碳化的主要原因。这些收缩阶段的类型也不同。塑性收缩和收缩分别在混凝土硬化和施工期间发生。在混凝土的硬化和水化反应中分别发生自发收缩和碳化收缩。浇筑的混凝土零件的蠕变效应会导致零件随着时间的流逝而更多地破裂。选择预测模型和管理预测精度对于工程师来说也是重要的任务，因此，如果混凝土收缩在选择预测模型和管理预测精度的项目中容易破裂的话，则需要进行相应的特殊研究和讨论。

（三）由于基础沉降不均匀引起

如果桥墩的基础由于不良的地质状况而下陷不均匀，或者上下左右移动，则会在桥梁的各个部件上产生额外的应力。如果该区域的应力超过结构的最大承载能力，则组件将破裂[2]。在以下情况下，基础沉降不均匀：对施工现场的地质条件了解不足。在不详细检查施工现场地质条件的情况下进行设计和施工，是导致基础沉降不均匀的首要也是最重要的原因；基础子结构的地质条件没有很大差异，但是由于施加在桥梁混凝土上部结构上力的差异较大，因此，混凝土很容易因过大的载荷差异而损坏，并且很可能会发生裂缝；当桥梁在相对寒冷的地区建造时，地基会产生霜胀。地基冻胀发生后，当温度升高到一定水平时，该地区的冻土受到破坏，发生融化，地质耐受性减弱，地基沉降程度也随之变化。因此，当基础发生冻胀或融化时，结构会破裂；如果基础是在不同的时间建造的，则将产生新的荷载，因为新的桥梁结构是建立在原始基础上的。由于新建的桥梁使基础土壤固化，因此桥梁的基础很可能会下沉；桥梁建成后，该地区的环境条件将发生变化。由于长期降雨侵蚀降低了基础土壤的强度。结构的压力使基础变形，导致沉降并自发地使结构开裂。

结语:桥梁开裂是工程师在施工过程中遇到的最常见和最困难的问题。由于桥梁开裂与桥梁施工的研究、设计、施工和运行密切相关，因此有必要彻底调查和分析桥梁裂缝的成因，并及时预防和管理裂缝的发生。因此，工程师在研究，设计和施工过程中必须严格遵守相关规范。裂缝的出现是不可避免的，因此可以认真对待所有环节，至少可以减少裂缝的发生造成的伤害。