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桥梁裂缝产生原因浅析

时间:2007-1-29栏目:交通运输论文

近年来,我省交通基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土桥梁。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导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,达到防范于未然的作用。
l 混凝土桥梁裂缝种类、成因
实际上,混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,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主要原因。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:
一、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。
直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有:
    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错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。
    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。
    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。
    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、 在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,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。
    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。例如现在对预应力、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。根据结构不同受力方式,产生的裂缝特征如下:
    1、 中心受拉。裂缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时,裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。
    2、 中心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。
    3、 受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝,并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时,裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时,裂缝少而宽,结构可能发生脆性破坏。
    4、 大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件,类似于受弯构件。
    5、 小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,类似于中心受压构件。
    6、 受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。
    7、 受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝,并向相邻面以螺旋方向展开。
    8、 受冲切。沿柱头板内四侧发生约45°方向斜面拉裂,形成冲切面。
    9、局部受压。在局部受压

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