橋梁施工裂縫產生原因分析
發布時間：2010-01-14 共1頁
在橋梁建造和使用過程中，有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮。混凝土開裂可以說是“常發病”和“多發病”，經常困擾著橋梁工程技術人員。 其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。為了進一步加 強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現危害較大的裂縫，本文盡可能對混凝土橋梁裂縫的種類和產生的原因作較全面的分析、總結，以方便設計、施工找出控制裂 縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。
混凝土橋梁裂縫種類、成因 實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均 有其產生的一種或幾種主要原因。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：
一、荷載引起的裂縫
混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接 應力裂縫、次應力裂縫兩種。 直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：
1、 設計計算階段，結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與 實際受力不符；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構 造處理不當；設計圖紙交代不清等。
2、 施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構結構受力特點，隨意 翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
3、 使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發生大風 、大雪、地震、爆炸等。 次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：
4、 在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮 ，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩 橋拱腳設計時常？用布置“X” 形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該 鉸仍然能夠抗彎，以至出現裂縫而導致钚饈礎？
5、 橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規計算中難以用準確的圖式進 行模擬計算，一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產生繞射現象，在孔洞附近密集，產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續梁中，經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經常可以看到裂縫。因此， 若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。 實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規一般不計算，但隨著現代計算手段 的不斷完善，次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。例如現在對預應力、徐變等產生的 二次應力，不少平面桿系有限元程序均可正確計算，但在40年前卻比較困難。在設計上，應注意避免結構突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓 角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，|考試|大|轉角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。 荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區、受剪區或振 動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不 同受力方式，產生的裂縫特征如下：
1、 中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼 筋時，裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。
2、 中心受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
3、 受彎。彎矩最大截面附近從受拉區邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向 中和軸方向發展。采用 紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少？，裂 縫少而寬，結構可能發生脆性破壞。
4、 大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。
5、 小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。
6、 受剪。當箍筋太密時發生斜壓破壞，沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫；當箍 筋適當時發生剪壓破壞，沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫。
7、 受扭。構件一側腹部先出現多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。
8、 受沖切。沿柱頭板內四側發生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。
9、局部受壓。在局部受壓區出現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，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形， 若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混抗拉強度時即生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別其它裂 縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：
1、 年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致 橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般 以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。
2、 日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈 非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。
3、 驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內 部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。
4、 水化熱。出現在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水 化放熱，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，降低內外 溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱，或采用薄層連續澆筑以 加快散熱。
5、 蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫 . 6、預制T梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵 件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開裂。試驗研究表明，由火災等原因引起高溫燒傷的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結力隨之下降，混凝土溫度達到30 0℃后抗拉強度下降50%，抗壓強度下降60%，光圓鋼筋與混凝土的粘結力下降80%；由于 受熱，混凝土體內游離水大量蒸發也可產生急劇收縮。
混凝土橋梁裂縫種類、成因 實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均 有其產生的一種或幾種主要原因。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：
一、荷載引起的裂縫
混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接 應力裂縫、次應力裂縫兩種。 直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：
1、 設計計算階段，結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與 實際受力不符；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構 造處理不當；設計圖紙交代不清等。
2、 施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構結構受力特點，隨意 翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
3、 使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發生大風 、大雪、地震、爆炸等。 次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：
4、 在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮 ，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩 橋拱腳設計時常？用布置“X” 形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該 鉸仍然能夠抗彎，以至出現裂縫而導致钚饈礎？
5、 橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規計算中難以用準確的圖式進 行模擬計算，一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產生繞射現象，在孔洞附近密集，產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續梁中，經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經常可以看到裂縫。因此， 若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。 實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規一般不計算，但隨著現代計算手段 的不斷完善，次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。例如現在對預應力、徐變等產生的 二次應力，不少平面桿系有限元程序均可正確計算，但在40年前卻比較困難。在設計上，應注意避免結構突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓 角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，|考試|大|轉角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。 荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區、受剪區或振 動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不 同受力方式，產生的裂縫特征如下：
1、 中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼 筋時，裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。
2、 中心受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
3、 受彎。彎矩最大截面附近從受拉區邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向 中和軸方向發展。采用 紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少？，裂 縫少而寬，結構可能發生脆性破壞。
4、 大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。
5、 小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。
6、 受剪。當箍筋太密時發生斜壓破壞，沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫；當箍 筋適當時發生剪壓破壞，沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫。
7、 受扭。構件一側腹部先出現多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。
8、 受沖切。沿柱頭板內四側發生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。
9、局部受壓。在局部受壓區出現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，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形， 若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混抗拉強度時即生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別其它裂 縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：
1、 年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致 橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般 以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。
2、 日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈 非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。
3、 驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內 部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。
4、 水化熱。出現在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水 化放熱，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，降低內外 溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱，或采用薄層連續澆筑以 加快散熱。
5、 蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫 . 6、預制T梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵 件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開裂。試驗研究表明，由火災等原因引起高溫燒傷的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結力隨之下降，混凝土溫度達到30 0℃后抗拉強度下降50%，抗壓強度下降60%，光圓鋼筋與混凝土的粘結力下降80%；由于 受熱，混凝土體內游離水大量蒸發也可產生急劇收縮。
