桥梁裂缝产生的原因

【摘要】要想控制桥梁混凝土裂缝的产生, 就必须了解其成因。本文就桥梁裂缝的产生原因作了一些分析。 

【关键词】桥梁裂缝; 产生原因; 分析

随着我国交通基础建设的发展, 各地兴建了大量的混凝土桥梁。 在桥梁建造和使用过程中, 由于混凝土裂缝而影响工程质量甚至造成 桥梁坍塌的事例屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发 病”, 严重影响了桥梁的使用性能, 也经常困扰着桥梁工程技术人员。 要想控制桥梁混凝土裂缝的产生, 就必须了解其成因。本文就桥梁裂缝的产生原因作一分析, 供参考。 

1.荷载引起的裂缝 

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称为荷载裂 缝, 主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝产生的原因 主要有: (1)在设计计算阶段, 结构计算时未计算或部分漏算;计算模型不 合理;结构受力假设与实际受力情况不符;荷载少算或漏算;内力与配 筋计算错误;结构安全系数不够;结构设计时不考虑施工的可行性;设 计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当; 设计图纸交代不清等。 (2)在桥梁裂缝施工阶段, 未加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构 的结构受力特点, 随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸要求进行 施工, 擅自更改结构施工顺序, 改变结构受力模式;未对结构进行机器 振动下的疲劳强度验算等。 (3)在使用阶段, 未限制超出设计荷载的重型车辆过桥;受车辆、船 舶的接触、撞击;出现大风、大雪、地震等自然灾害。 次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生的裂缝。次应力裂 缝产生的原因主要有: (1)在设计外荷载作用下, 由于结构物的实际工作状态与常规计算 有出人或计算时未考虑, 会在某些部位引起次应力而导致结构开裂。 (2)桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等, 当受力构件挖孔 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而出 现次生裂缝。在长跨预应力连续梁中, 经常在跨内根据截面内力的需 要截断钢束并设置锚头, 使用时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 处也容易出现裂缝。

2.温度变化引起的裂缝 

混凝土具有热胀冷缩的性质, 当外部环境或结构内部温度发生变 化时, 混凝土将发生变形, 若变形遭到约束, 则在结构内产生应力, 当这种应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生温度裂缝。引起温度变化 的主要因素有: (1)年温差。一年之中, 四季温度不断地发生变化, 但变化相对缓 慢, 年温差对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移, 一般可通 过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施予以协调, 只有当 结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝, 如拱桥、刚架桥等。我国年 温差一般以1 月与7 月的月平均温度之差作为变化幅度。考虑到混凝 土的蠕变特性, 在计算年温差内力时混凝土的弹性模量应考虑折减。 (2)日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳暴晒后, 温度明显高于其 他部位, 温度梯度呈非线性分布。由于受自身的约束作用, 导致局部拉 应力较大而出现裂缝。 (3)骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等, 会使结构外表面温 度突然下降, 但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度, 出现温度 裂缝。 (4)水化热。在施工过程中, 大体积混凝土(厚度>2.0 m)浇注后, 由 于水泥水化放热, 内部温度很高, 内外温差太大, 致使表面出现裂缝。 

3.收缩引起的裂缝 

在实际工程中, 混凝土因收缩引起的桥梁裂缝是最常见的。大部分属 于表面裂缝, 其特点是裂缝宽度较细, 且纵横交错, 呈龟裂状, 形状没有明显规律。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有: (1)水泥品种、强度等级及用量。采用矿渣水泥、快硬水泥、低热水 泥的混凝土收缩性较高, 采用普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥的混凝 土收缩性较低。水泥强度等级越低、单位体积用量越大、水泥细度越 高, 则混凝土的收缩越大, 且发生收缩的时间越长。 (2)骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等的吸水 率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等的吸水率较大、收缩性较 高。骨料粒径大则收缩小, 含水量大则收缩越大。 (3)水灰比。用水量越大, 水灰比越高, 混凝土的收缩就越大。 (4)外掺剂。外掺剂的保水性越好, 则混凝土的收缩越小。 (5)桥梁裂缝养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应, 获得较高的 混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温相对较低、养护时间越长, 则 混凝土的收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土的收缩要 小。 对于温差和收缩引起的裂缝, 通过增配构造钢筋可明显提高混凝 土的抗裂性, 尤其是薄壁结构(壁厚20—60 cm)。构造配筋宜采用小直 径钢筋(Ф8 mm—Ф14 mm)、小间距布置(10—15 cm),全截面构造配筋 率应不少于0. 3%, 一般可采用0.3%—0.5%。 

4.桥梁裂缝施工质量引起的裂缝 

在混凝土结构浇注、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, 也容易产生各种裂缝。比较典 型的主要有: (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, 会导致钢筋锈蚀或产生其他荷载 裂缝。混凝土浇注过快, 混凝土流动性较低, 容易在浇注数小时后发生 裂缝。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, 会导致混凝土出现不规则的收缩裂缝。混凝土初期养护时急 剧干燥, 会导致混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。 (3)泵送混凝土施工时, 为了保证混凝土的流动性, 若增加水和水 泥用量, 会导致混凝土凝结硬化时收缩量增加, 使混凝土出现不规则 裂缝。混凝土分层或分段浇注时, 若接头部位处理不好, 易在新旧混凝 土和施工缝之间出现裂缝。混凝土早期受冻, 会使构件表面出现裂纹 或局部剥落, 或脱模后出现空鼓现象;施工时若模板的刚度不足, 在浇 注混凝土时由于侧向压力的作用会使模板变形, 产生与模板变形一致 的裂缝。若施工时拆模过早, 混凝土强度不足, 会使构件在自重或施工 荷载作用下产生裂缝。 (4)施工前支架压实不足或支架刚度不足, 浇注混凝土后支架不均 匀下沉, 会使混凝土出现裂缝。对于装配式结构, 在构件运输、堆放时, 若支承垫木不在一条垂直线上, 或悬臂过长, 或运输过程中剧烈颠撞, 吊装时吊点位置不当, T 梁等侧向刚度较小的构件侧向无可靠的加固 措施等, 均可能产生裂缝。 (5)安装顺序不正确, 对产生的后果认识不足, 也会导致裂缝的产 生。桥梁裂缝施工质量控制差, 任意套用混凝土配合比, 水、砂石、水泥材料计量 不准, 造成混凝土强度不足和其他性能下降, 也会导致结构开裂。

咨询热线027-83838889/18271460629(同微信）