浅析钢筋混凝土桥梁裂缝产生原因

　　摘 要：本文根据多年来的实际施工经验，分析了钢筋混凝土桥梁裂缝产生的几点原因，供广大施工技术人员参考。

　　关键词：钢筋混凝土桥梁;裂缝;产生原因

　　Abstract: Based on years of actual construction experience, this paper analyzes several reasons of the reinforced concrete bridge cracks, for the vast number of construction and technical personnel reference.

　　Keywords: reinforced concrete bridge; cracks; causes

　　中图分类号：TU3文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　桥梁裂缝的出现不仅影响工程质量甚至还会导致桥梁垮塌。混凝土开裂经常困扰着桥梁工程施工技术人员。如果采取有效的施工技术措施和管理措施,裂缝是可以克服和控制的。为了避免工程中出现危害较大的裂缝,本文对混凝土桥梁在施工过程中产生裂缝的原因进行了分析,以保证施工质量和结构使用安全。

　　实际上，混凝土结构的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

　　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荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

　　1.1直接应力裂缝是指外荷引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：

　　1.1.1 设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算;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能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置偏少错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。

　　1.1.2 施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

　　1.1.3 使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。

　　1.2 次应力裂缝

　　次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：

　　1.2.1 在设计外荷载的作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算产考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。

　　1.2.2 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，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。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处，受力钢筋截断处容易出现裂缝。

　　实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如现在对通情达理应力、徐变等产生的二次应力，不少平面杆系有限元程序均可正确计算，但在40年前却比较困难，在设计上，应注意避免结构突变(或断面突变)，当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。

　　荷载裂缝特征依荷载不同而异现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区，受剪区或振动严重部位。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。

　　2 温度变化引起的裂缝

　　混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝，在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：

　　2.1 年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，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、支座位移受限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土和蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。

　　2.2 日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

　　2.3 骤然降温。突降大雨，冷空气侵袭、日落等可导致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。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

　　2.4 水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土(厚度超过2.0米)浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄屋连续浇筑以加快散热。

　　2.5 蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，，内外温度不均，易出现裂缝。

　　2.6 预制T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高350℃，混凝土构件也容易开裂。试验研究表明，由火灾等原因引起高温烧伤的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结方随之下降，混凝土温度达到300度后抗拉强度下降50%，抗压强度下降60%，光圆钢筋与混凝土的粘结力下降80%;由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩。

　　3 收缩引起的裂缝

　　在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

　　塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右，此时水泥化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。

　　自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，收缩与外界湿度无关，且可以是正的(即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土)，是负的(即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。

　　炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生。且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。

　　混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

　　4 结束语

　　在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”。经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文尽可能对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法，达到防患于未然的作用。

　　参考文献：

　　[1]《桥梁施工技术规范》

　　[2] 张玉军. 混凝土桥梁开裂的成因与防治[J]硅谷, 2008,(17).