橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析

2013年全國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集·橋隧卷2013年全國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集·橋隧卷2013年全國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)2013年全國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析吾爾列吾（新疆交通建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830049）關(guān)鍵詞：橋梁 裂縫 原因 淺析一、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：計(jì)斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。震、爆炸等。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入從而在些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設(shè)計(jì)時(shí)常采用布置“x”形鋼筋、同時(shí)削減該處斷面尺寸的辦法設(shè)計(jì)鉸論計(jì)算該處不會(huì)存在彎矩該鉸仍然能夠抗彎筋銹蝕。橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽洞牛腿難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)研究表明件挖孔后流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象孔洞附近密集生巨大的應(yīng)力集長跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截?cái)噤撌^頭錨固斷面附近經(jīng)常可以看到此若這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。次應(yīng)力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切次應(yīng)力裂縫也是由僅是按常規(guī)一般手段的不斷完善也是可以做到合理驗(yàn)算的。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變，當(dāng)不能回避時(shí)，應(yīng)做局部處轉(zhuǎn)角處做圓角突變處做成漸變過渡同轉(zhuǎn)角處增配斜向孔洞有條件時(shí)可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位但必須壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志中心受拉貫穿構(gòu)件橫截間距大體且垂直于受力方向螺紋之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的決裂縫。中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。受彎彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂并逐漸向中和軸方螺紋間可見較短寬性破壞。大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構(gòu)件，類似于受彎構(gòu)件。小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構(gòu)件，類似于中心受壓構(gòu)件。受剪箍筋太密時(shí)發(fā)生斜壓破壞沿梁端腹45°方向的斜箍筋適當(dāng)時(shí)剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)45°方向相互平行的斜裂縫。受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側(cè)發(fā)生45°方向斜面拉裂，形成沖切面。局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。二、溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：年溫差四季溫度不斷變化化相對(duì)緩慢縱向位移般可通過橋面伸縮支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫例如拱架我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。日照板墩側(cè)面受太陽曝曬后溫度明顯高于其它部位溫度梯度呈非線形由于受到自身約束局部拉日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫縫的最常見原因。驟然降溫突降大雨冷空氣侵襲日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降溫化相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度梯日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)橋資料進(jìn)彈性模量不考慮折減。水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱致使內(nèi)部溫度很高溫差太表根據(jù)實(shí)際情況盡量選擇水化熱低的水泥品水泥單位減少骨料入模溫降低內(nèi)外溫差并緩慢降溫必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。預(yù)制t梁之間橫隔板安裝時(shí)，支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí)，若焊接措施不當(dāng)，鐵件附凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構(gòu)也容易研究表明由火災(zāi)等原因引起高溫?zé)齻幕炷翉?qiáng)度隨溫度的升高而明顯降低與混凝土的粘結(jié)力隨之下降溫度300℃后抗拉強(qiáng)度下抗壓強(qiáng)度下圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下80%由于受熱?；炷馏w內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。三、收縮引起的裂縫在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝上收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土4-5小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈形水和水水收縮同時(shí)骨此時(shí)混凝土尚未硬化為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大，可1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如t梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹帲蛴不俺翆?shí)不均勻?qū)⒈砻娴捻樃拱宸较驗(yàn)闇p小混凝土塑性收縮水避免過長時(shí)間宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆筑?？s水收縮（干縮?；炷两Y(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束表面混凝土承受拉表面混昆凝土承受力超過其抗拉縮化后收縮主要就是縮水收縮（3％縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，這種收縮且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土，也可以是負(fù)的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土。炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計(jì)算?；炷鲜湛s裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥水泥低熱水泥混凝土收縮性較高水泥ft灰水泥水泥混凝土收縮性較低水泥標(biāo)號(hào)越低單位體積則收縮且發(fā)生收縮時(shí)間越長例為了提高增加水泥做法，結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。骨料品骨長石等吸水率較小縮性較低板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。養(yǎng)護(hù)護(hù)可加速混凝土的水化高護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。振搗方式及時(shí)間手工搗固方式混凝土收縮性要小間應(yīng)根據(jù)決定，一般以5-15s/次為宜。時(shí)間太短，振搗不密實(shí)，形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；時(shí)間太長分層，粗骨料沉人底層，細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。對(duì)于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚20-0c。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋（中8中、小間距（olO-elSm，全截面構(gòu)造配筋率不宜低般0.3％—0.5204地基礎(chǔ)變形引起的裂縫由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移附抗拉降要原因有：資料不準(zhǔn)情況這均勻沉降區(qū)或ft嶺區(qū)孔間距太告不能充分反映實(shí)際地質(zhì)情況。地基地質(zhì)差異太ft區(qū)ft坡處變化在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。結(jié)構(gòu)荷載差異太情況比較一致條件差異太均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別同同基礎(chǔ)如擴(kuò)同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時(shí)，或同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時(shí)，也可能引起地基不均勻沉降附高速公路左右半幅建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié)，均可能對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。橋梁建成以后件變化水后脹體強(qiáng)度遇水下降壓縮變形水或干旱季節(jié)導(dǎo)致地下水位下降固同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的上浮力減小增有些橋梁基礎(chǔ)埋置過淺，受洪水沖刷、淘挖，基礎(chǔ)可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、ft體壓縮再次變形此間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。對(duì)于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對(duì)地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計(jì)不合理和施工時(shí)破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。四、鋼筋銹蝕引起的裂縫由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表周圍混凝土堿度降低由于氯化物介入周圍氯離子含量較高表面氧化膜破壞筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2—4從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹護(hù)沿鋼筋縱向并有銹跡滲到混凝土表由于銹蝕積減小削承載力下降并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬護(hù)層厚（當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚則構(gòu)件有效高度減小將加大裂縫寬度水保證混凝土的密氣侵入同時(shí)嚴(yán)沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。五、凍脹引起的裂縫大氣氣溫低水水轉(zhuǎn)體積膨脹成齡后混凝土強(qiáng)度損失可30%-50%季施工時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件骨料空水骨料中含泥水密護(hù)季氣加熱熱熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻人防凍劑（但氯鹽不宜使用低溫或負(fù)溫條件下硬化。六、施工材料質(zhì)量引起的裂縫混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。（一）水泥水泥水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢水泥凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。當(dāng)含堿量較高（例.6同活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。（二）砂、石骨料混2.5（三）拌和水及外加劑拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對(duì)堿骨料反應(yīng)有影響。七、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫別混凝土保護(hù)層過厚承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫?；炷琳駬v不密空洞銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。混凝土澆筑流動(dòng)性較低化前化后容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。間過長水落度過低體積