橋梁施工裂縫產生原因分析
發布時間:2014-08-05
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製的。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麵的分析、總結,以方便設計、施工找出控製裂 縫的可行辦法,達到防範於未然的作用。
l 混凝土橋梁裂縫種類、成因 實際上,
混凝土結構裂縫的成因複雜而繁多,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;結構安全係數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷麵不足;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,不加限製地堆放施工機具、材料;不了解預製結構結構受力特點,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:
1、 在設計外荷載作用下,由於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、同時削減該處斷麵尺寸的辦法設計鉸,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鈈饈礎?
2、 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xing模mo擬ni計ji算suan,一yi般ban根gen據ju經jing驗yan設she置zhi受shou力li鋼gang筋jin。研yan究jiu表biao明ming,受shou力li構gou件jian挖wa孔kong後hou,力li流liu將jiang產chan生sheng繞rao射she現xian象xiang,在zai孔kong洞dong附fu近jin密mi集ji,產chan生sheng巨ju大da的de應ying力li集ji中zhong。在zai長chang跨kua預yu應ying力li連lian續xu梁liang中zhong,經jing常chang在zai跨kua內nei根gen據ju截jie麵mian內nei力li需xu要yao截jie斷duan鋼gang束shu,設she置zhi錨mao頭tou,而er在zai錨mao固gu斷duan麵mian附fu近jin經jing常chang可ke以yi看kan到dao裂lie縫feng。因yin此ci, 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,不少平麵杆係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(或斷麵突變),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,轉角處增配斜向鋼筋,對於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 dongyanzhongbuwei。danbixuzhichu,ruguoshouyaquchuxianqipihuoyouyanshouyafangxiangdeduanliefeng,wangwangshijiegoudadaochengzailijixiandebiaozhi,shijiegoupohuaideqianzhao,qiyuanyinwangwangshijiemianchicunpianxiao。genjujiegoubu 同受力方式,產生的裂縫特征如下:
1、 中心受拉。裂縫貫穿構件橫截麵,間距大體相等,且垂直於受力方向。采用螺紋鋼 筋時,裂縫之間出現位於鋼筋附近的次裂縫。
2、 中心受壓。沿構件出現平行於受力方向的短而密的平行裂縫。
3、 受彎。彎矩最大截麵附近從受拉區邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫,並逐漸向 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,類似於受彎構件。
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,類似於中心受壓構件。
6、 受剪。當箍筋太密時發生斜壓破壞,沿梁端腹部出現大於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,並向相鄰麵以螺旋方向展開。
8、 受衝切。沿柱頭板內四側發生約45°方向斜麵拉裂,形成衝切麵。
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,一般可通過橋麵伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調,隻有結構的位移受到限製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。橋麵板、主梁或橋墩側麵受太陽曝曬後,溫度明顯高於其它部位,溫度梯度呈 非線形分布。由於受到自身約束作用,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麵溫度突然下降,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範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)澆築之後由於水泥水 化(hua)放(fang)熱(re),致(zhi)使(shi)內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)很(hen)高(gao),內(nei)外(wai)溫(wen)差(cha)太(tai)大(da),致(zhi)使(shi)表(biao)麵(mian)出(chu)現(xian)裂(lie)縫(feng)。施(shi)工(gong)中(zhong)應(ying)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang),盡(jin)量(liang)選(xuan)擇(ze)水(shui)化(hua)熱(re)低(di)的(de)水(shui)泥(ni)品(pin)種(zhong),限(xian)製(zhi)水(shui)泥(ni)單(dan)位(wei)用(yong)量(liang),減(jian)少(shao)骨(gu)料(liao)入(ru)模(mo)溫(wen)度(du),降(jiang)低(di)內(nei)外(wai) 溫差,並緩慢降溫,必要時可采用循環冷卻係統進行內部散熱,或采用薄層連續澆築以 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、預製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℃,hunningtugoujianyerongyikailie。shiyanyanjiubiaoming,youhuozaidengyuanyinyinqigaowenshaoshangdehunningtuqiangdusuiwendudeshenggaoermingxianjiangdi,gangjinyuhunningtudezhanjielisuizhixiajiang,hunningtuwendudadao30 0℃後抗拉強度下降50%,抗壓強度下降60%,光圓鋼筋與混凝土的粘結力下降80%;由於 受熱,混凝土體內遊離水大量蒸發也可產生急劇收縮。