混凝土橋臺裂縫產(chǎn)生的原因及控制方法

1、混凝土橋臺裂縫產(chǎn)生的原因及控制方法摘要：混凝土橋臺澆筑完成后，承臺與臺身在混凝土水化熱的作用下，必然產(chǎn)生溫度變形和混凝土自身的收縮變形，從而導(dǎo)致混凝土臺身容易產(chǎn)生垂直裂縫，如何控制臺身裂縫，提高橋臺混凝土的耐久性。關(guān)鍵詞：混凝土橋臺；裂縫；控制中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼；The reason and control measures of the crack inconcretes abutment1.0 概述在城市橋梁中，由樁基、承臺、臺身組成的混凝土橋臺普遍應(yīng)用在城市橋梁中，由于此種橋臺適用性強(qiáng)，施工簡單，橋下利用空間大，往往首先被設(shè)計(jì)人采用。由于臺身混凝土水平方向含筋率比較低，所以當(dāng)臺身混凝

2、土澆筑完成后，往往容易出現(xiàn)垂直于地面的裂縫，并且裂縫容易超出規(guī)范允許要求，雖然此裂縫是由于溫度及混凝土收縮造成的，不影響結(jié)構(gòu)的使用，但是一般新建橋梁對此種裂縫并沒有好的辦法進(jìn)行處理，經(jīng)過大氣中的水分及有害氣體的長時間的侵蝕，極易對橋臺混凝土的耐久性產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損害，因此控制混凝土的溫度及收縮產(chǎn)生的應(yīng)力所引起的裂縫，是提高混凝土的抗?jié)B、抗裂、抗侵蝕等功能的最好方法，對此本文針對橋臺產(chǎn)生的裂縫的原因進(jìn)行了討論。2.0 裂縫產(chǎn)生的原因：承臺和臺身混凝土一般要分期施工，需要分別澆筑承臺和臺身，當(dāng)承臺形成后，首先要釋放出水泥中的水化熱，混凝土中的水化熱是水泥與水反應(yīng)后的產(chǎn)物，在有關(guān)書籍中均有論述，有關(guān)

3、水化熱的熱量及混凝土受熱后的升溫計(jì)算，本文不做詳盡的論述，但是不同性質(zhì)的水泥和不同的水泥用量，產(chǎn)生的熱量是不相等的。往往在混凝土澆注后的一周內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度會達(dá)到最高點(diǎn)。隨后會慢慢下降，表面逐漸達(dá)到與大氣溫度相等，物體的溫度也會隨著氣溫的變化而變化，而混凝土內(nèi)部的溫度也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。隨著熱量的釋放的完成，承臺的溫度會從高到低，逐步接近大氣溫度，與此同時又完成了大部分的收縮和徐變。當(dāng)承臺具有一定的強(qiáng)度后，才會進(jìn)行臺身的施工。臺身需要在承臺上再次形成，當(dāng)臺身混凝土再次澆筑完成后，混凝土中的水泥又產(chǎn)生了大量的水化熱，從水化熱的產(chǎn)生、發(fā)展到結(jié)束，兩者最后所完成的時間不一樣，兩部分混凝土結(jié)硬時間不

4、同步，兩個部分的混凝土收縮徐變也不同步，隨著臺身混凝土的溫度的下降，自身體積的收縮， （臺身快、承臺慢）必然會在兩個混凝土實(shí)體之間會產(chǎn)生一定的應(yīng)力，承臺受壓，臺身受拉，隨著溫度的下降及混凝土的收縮，混凝土內(nèi)的應(yīng)力會越來越大，當(dāng)臺身混凝土的應(yīng)力超出所能承受的拉應(yīng)力時，就會引起開裂，以達(dá)到應(yīng)力的釋放。當(dāng)裂縫形成后，它們的寬度也會隨著溫度的變化而變化，一般裂縫位置主要產(chǎn)生在承臺和臺身的相交處。2.1 混凝臺身分段長度的設(shè)置由于混凝土是脆性材料，它所能承受的極限拉應(yīng)力與受壓相比要差很多倍，當(dāng)溫差較高，臺身伸縮縫間距過大，都會對橋臺產(chǎn)生不良影響，因此臺身分段長度，主要取決于混凝土所能承受的拉應(yīng)力的大小，

5、適當(dāng)?shù)姆侄伍L度，即能很好的克服裂縫的產(chǎn)生，也會照顧到橋梁的美觀。在大體積混凝土施工一書中充分考慮了應(yīng)力、應(yīng)變、徐變等因素后，提出了伸縮縫間距的計(jì)算方法，并提出設(shè)置伸縮縫控制裂縫只是在長度較小距離范圍內(nèi)對消減溫度收縮應(yīng)力有顯著作用，在考慮徐變松弛后，結(jié)構(gòu)連續(xù)達(dá)到一定長度后，在一定的溫度下，混凝土自身內(nèi)部的溫度應(yīng)力趨向 x=0.5E 。其結(jié)構(gòu)長度與溫度應(yīng)力之間的關(guān)系見圖 xE L 結(jié)構(gòu)長度與溫度應(yīng)力之間的關(guān)系對于伸縮縫間距的設(shè)置，本書也提出了計(jì)算方法，現(xiàn)引用其計(jì)算方法。算例：承臺 寬高=5.5m2.0m，臺身 寬高=1.5m4.0m，混凝土強(qiáng)度 C30，溫度差T=66，考慮收縮徐變及松弛對橋臺產(chǎn)生

6、的影響后，計(jì)算橋臺伸縮縫應(yīng)設(shè)置的長度。 T T pL =2arcoshmaxL 計(jì)算最大伸縮縫間距、h 混凝土計(jì)算塊體的高度、E 混凝土彈性max模量，按不同強(qiáng)度的混凝土取值、Cx 地基水平剛度，混凝土之間取Cx=1Nmm 、arcosh 反雙曲余弦函數(shù)、 混凝土的線膨脹系數(shù)區(qū) 3=0.00001T 平均溫差（包括混凝土之間的溫差和混凝土收縮的當(dāng) 混凝土極限變形值。p10 =0.5R1+ ）0.0001pld 配筋率、d 鋼筋直徑、R 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，見公路鋼l筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG 2004）實(shí)例計(jì)算：溫差的計(jì)算，T1+T2T1=為混凝土臺身達(dá)到的最高平均的溫度

7、澆筑臺身時承臺的平均溫度，混凝土臺身隨著溫度的釋放，當(dāng)溫度上升到一定的高度后，便不會再升高，如果混凝土正常的拌合，實(shí)際測量到的橋臺中心的溫度一般不超過 50，本人在工程中實(shí)際量測到的臺身中心的溫度一般為 4347，而承臺自身的平均溫度隨著不同的季節(jié)在變化，完工后的承臺，一般處于地面下 0.5m2.5m 處，因此臺身的平均溫度一般不會低于5，因此我們將T1 近似取40混凝土的收縮變形值 = （1e）M1Mn0.01y最終收縮值為 = 0.00032, 為澆筑后的天數(shù)，M 為砂石水泥等所y影響的修正系數(shù)。在條件基本相同時，可不考慮砂石等的影響，當(dāng)承臺澆筑完成若干天后再澆筑臺身，混凝土的收縮也不同步

8、，因此必須把這一段的不同步換算成溫度差計(jì)入總的溫差。承臺與臺身的澆筑時間差暫取 20 天， =0.0003212.71828200.2）=0.000058 =0.00032-0.0000580=0.00026 T2= / =0.00026/0.00001=26，T2 為混凝土的收縮當(dāng)量溫差，相當(dāng)臺身溫度下降26。T=T1+26臺身水平配筋為雙排級鋼筋，鋼筋規(guī)格 16，間距150mm，水平配筋率為0.1787%，R=1.39Mpal10 =0.5R1+ ）0.0001pld100.1787 =0.51.39(1+)0.0001=0.00007726p16考慮到最終的混凝土的徐變變形為彈性變形的1

9、 倍， =0.000077262=0.0001545p0.0000166=2arcosh10.0000166L =2arcosh1.3=2109540.756=16563mm=16.563mmax1L = L /2 =16.563/2=8.281mmixmax本計(jì)算結(jié)果沒有表明混凝土沿高度的應(yīng)力分布數(shù)值，也沒有體現(xiàn)承臺與臺身結(jié)合部位的局部應(yīng)力狀態(tài)，只是認(rèn)為承臺已經(jīng)沿著高度全部開裂所對應(yīng)臺身分段的最大長度，這是本書的作者，根據(jù)長期的實(shí)踐總結(jié)出了一套開裂的理論計(jì)算，對今后的實(shí)際操作，考慮承臺的伸縮縫間距的設(shè)置給出了基本準(zhǔn)確的判斷方法。對于承臺與臺身的結(jié)合部的局部應(yīng)力，沒有給出定量的分析結(jié)果。3.0 有限元計(jì)算的結(jié)果為了進(jìn)一步探討臺身開裂的原因，本人用有限元程序進(jìn)行了計(jì)算，由于橋臺溫差的計(jì)算比較復(fù)雜，其應(yīng)力分布的計(jì)算結(jié)果如圖3橋臺長 ，承臺長寬高2.0m，臺身長寬高1.5m，混凝土強(qiáng)度C30，溫度差T=66混凝土強(qiáng)度為 C3