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摘 要:混凝土桥梁裂缝是“常发病”和“多发病”,经常困扰着桥梁工程技术人员.对混凝土桥梁裂缝产生的原因作了较全面的分析、总结,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防患于未然的目的.
关 键 词:混凝土桥梁,裂缝,成因
中图分类号:TU
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)03-0312-01
1施工材料和施工工艺质量引起裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成.配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝.在混凝土结构浇筑、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,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现.许多桥梁设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性.
2地基变形和荷载引起裂缝
由于地基竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂.基础不均匀沉降的主要原因有地质勘察精度不够或试验资料不准、地基地质差异太大、结构荷载差异太大、结构基础类型差别大、分期建造基础、地基冻胀、桥梁基础置于不良地质、桥梁建成后原有地基条件变化等.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.直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝,次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝.荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点.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.
3温度变化和收缩引起裂缝
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年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当、预制T梁之间横隔板安装或支座预埋钢板与调平钢板焊接时措施不当等.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.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.研究表明,影响混凝土收缩裂缝的主要因素有水泥品种与标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间等.
4钢筋锈蚀和冻胀引起裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2-4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面.由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏.大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力,同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78度以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现.尤其是混凝土初凝时受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30%-50%.冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝.
5车辆超载引起裂缝
车辆超载主要有三种情况:一是早期修建的桥梁由于建设标准低,超龄负载运营,二是桥梁通行的车流量超过原设计,三种是车辆违规超载.前两种情况产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加,第三种情况是车辆使用者违法超载营运.车辆超载会导致梁体主应力及剪应力增加,主拉应力过大,梁体开裂,特别是在结构已经出现病害情况下,车站超载将加速梁体裂缝的产生和扩展.对于混凝土桥梁而言,一次特殊超载、超重车站即可引发桥梁结构开裂,结构一旦开裂即不可恢复.开裂处会发生应力重新分布,导致局部应力过大,引起新的裂缝的产生.