钢筋混凝土桥梁裂缝的成因分析与预防(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-04
(二)设计和施工不合理产生的裂缝
此类裂缝是我们在工程实例中发现最多的裂缝形式,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。有的结构整体性和延性不足,冗余性小;有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大;有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄。这些都削弱了结构安全性,会严重影响结构的使用。不少桥梁,虽然满足了桥梁设计规范的强度要求,仅用了5~10年就因为出了问题影响结构安全。例如我们发现在混凝土桥梁竖向有截面突变的地方(箱梁、T梁的腹板与顶底板交接处)很容易产生裂缝,研究分析结果显示:混凝土在浇筑后发生水化反应、泌水和大量水分蒸发,混凝土因失水而收缩,而骨料因重力影响向下沉降,但此时混凝土的强度和硬度都不高,骨料下沉时受到钢筋的阻挡,便产生了沿钢筋方向的裂缝。为避免此类裂缝的产生,在设计阶段要尽量避免截面突变的存在,不能避免时要做特殊的处理,可将突变截面做成渐变截面,同时适量的增加钢筋数量;在施工时要注意振捣,最好是在变截面处分层浇筑。
(三)自然环境的影响产生的裂缝
自然环境的影响主要是温差引起了混凝土的温度梯度呈非线性分布,而混凝土构件的位移又受到约束,导致局部应力过大,从而出现了裂缝。一般失火、太阳曝晒、骤然降温以及冬季施工均可能导致此类裂缝的发生。预防措施是在设计时重视温度应力,一些大跨径的桥梁,温度应力往往是可以超过活载应力的,另外就是杜绝冬季施工,因为此时施工混凝土在初凝时受冻,成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。
(四)荷载引起的裂缝
此类裂缝是混凝土桥梁在常规动、静荷载及次应力作用下产生的,桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。
工程实例中此类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位,且裂缝特征如下:
1、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、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、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。
5、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。
从大量的工程实例分析来看,此类裂缝产生的直接原因是内力与配筋计算或构造设计不当,施工阶段不按照图纸施工,擅自更改结构施工顺序,导致结构受力状态的改变,从而导致结构的承载力超出使用极限。另外大量的超载车辆过桥也是主要原因之一。预防措施是加强设计的合理性和安全系数以及施工的合理性,并严格控制严重超载车辆。
三、结束语
混凝土桥梁产生裂缝的产生原因较为复杂,工程实例中也是允许微小裂缝产生的,保证不出现裂缝是较难实现的,但是我们是能够尽量减少因为设计疏漏、施工低劣、监理不力、运营管理不力等诸多人为因素所产生的裂缝扩展,从而保证桥梁不会因为裂缝扩展导致钢筋腐蚀、脆性断裂等病害发生。
参考文献:
[1]赵国藩,李树瑶,廖婉卿.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].北京:海洋出版社
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1998.
[3]王赫.建筑工程质量事故分析(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2000. [4]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》人民交通出版社,北京
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