梁式桥常见裂缝的表现形式及成因分析

2016-03-16AnalysisonManifestationModeandCausesofCommonCrackinginGirderBridge

重庆建筑 2016年1期

关键词：加固病害裂缝

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

庄家智1，王柱2（1重庆市设计院，重庆　400015；2重庆市沙坪坝区市政园林管理局，重庆　400030）

梁式桥常见裂缝的表现形式及成因分析

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

庄家智1，王柱2
（1重庆市设计院，重庆400015；2重庆市沙坪坝区市政园林管理局，重庆400030）

摘要：目前梁式桥普遍存在的病害问题是裂缝，开裂只是结构、构件承载力下降的一种表面征兆和构造性的反应，并非导致其承载力下降的实质性原因，故不可能通过单纯的裂缝修补来恢复其承载功能。应究其原因，对症下药，才能有效地预防裂缝的产生或者加固已有病害桥梁。该文对常见几种裂缝的表现形式，就其成因进行了系统分析，以方便为设计、施工找出控制这些裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

关键词：梁式桥；裂缝；病害；加固

Abstract:It is quite common for a girder bridge to embrace the problem of cracking, which is just an external phenomenon and structural reflection of the bearing capacity of the structure and components, not the real cause of bearing capacity reduction, so the simple cracking repair cannot regain the function of bearing, instead, the real causes should be detected for the prevention and reinforcement of the girder bridge. In this paper, the manifestation modes of several common crackings are presented with causes analyzed systematically for prevention measures.

Keywords:girder bridges; cracking; hazard; reinforcement

0　引言

随着时间的推移，交通量不断增大，目前相当数量的公路桥梁,常常由于外界环境的变化、承受活载增长等原因[1]造成相当数量的桥梁存在老化、破损等病害情况，导致桥梁承载能力不足。而裂缝又是桥梁病害最常见的一种形式，其诱发原因复杂多变，要针对病根对症下药，就必须对裂缝病害的成因做认真分析，才能有针对地提出防止裂缝和加固桥梁，提高桥梁承载力的措施。本文针对一种常见的桥型——梁式桥常见的几种裂缝的表现形式，就其成因进行了相对系统的分析，以方便为设计、施工找出控制这些裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

1　梁式桥常见裂缝的表现形式

1.1桥梁裂缝的分类

桥梁裂缝按其表现形式可以分为以下三种：

（1）贯穿裂缝：结构分离，不再保持整体性，危害最大。

（2）深层裂缝：裂缝延伸到深层，危害着结构的整体性，危害严重。

（3）表面裂缝：结构表面浅层，龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝、干缩裂缝等[2]。

1.2梁式桥常见裂缝的具体表现形式

（1）弯曲裂缝

如图1所示的梁板结构裂缝图，梁的弯拉区产生的是弯曲裂缝，主要表现形式为从梁底向上开裂，垂直于主筋。

这种裂缝在受荷时，已有裂缝的长度会缓慢地延长，裂缝也会变宽，同时，又会出现新的裂缝；卸载时，裂缝一般恢复原状，这样的裂缝是属于弹性范围的裂缝，性质比较稳定，但是，有个别裂缝为深层裂缝，也有部分贯穿裂缝。

（2）剪切裂缝

如图1所示，在梁的剪拉区产生的斜裂缝，发生在支座与1/4跨径之间，与梁轴间的夹角一般为45～60°的夹角。

图1　梁板结构裂缝图

这种裂缝宽度不会很大，但是易与受拉区裂缝相连。

（3）梁板结构主筋部分的水平纵向裂缝

在主筋位置附近，沿着主筋的延伸方向，会出现水平纵向裂缝，一般长度可达半跨，宽度较大。

这种裂缝产生原因较复杂，或是混凝土先开裂，继而钢筋锈蚀；或是钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂，与施工质量，保护层厚度，混凝土添加剂等有关。

（4）混凝土梁上的网状裂缝

混凝土梁上有时会产生网状裂缝，这种裂缝在车辆荷载下长度和宽度变化一般较小，一般是由于混凝土内外所受外界不均匀的非荷载作用所致。

图2　梁板侧面的网状裂缝图

（5）支座处裂缝

在简支梁支座的垫板处的梁体上，支座垫板与混凝土的交界处，往往会发生两条大的斜裂缝，主要原因是桥墩发生不均匀沉降、歪斜；局部混凝土承压不够；支座倾斜或者活动支座失灵。

图3　梁体钢板支座处的裂缝图

2　梁式桥裂缝产生的原因分析

梁式桥裂缝产生的原因归根结底可以分为内因和外因。内因主要有：构件的材料质量缺陷，截面尺寸设计不足、施工、设计缺陷、养护失误等。外因主要归结为：结构超载、位移约束、温度、收缩、徐变影响、灾害损坏影响等。

2.1混凝土结构构件材料质量缺陷

桥梁工程中，质量、速度和经济往往相互制约，如果片面地追求经济和速度，那么质量就得不到保证。施工单位为求利益最大化，往往会片面地追求经济和速度。

为了降低成本，施工单位往往会使用一些达不到设计要求的水泥，或者偷工减料，这样做的直接后果就是导致桥梁的抗力降低，使用一段时间便会出现明显的裂缝。

同时为了片面追求施工进度，施工单位往往会在水泥中加入过量早强剂、减水剂等。混凝土中添加剂的过量使用往往会导致混凝土碳化，钢筋锈蚀，从而使混凝土产生胀裂裂缝[3]。

2.2截面尺寸不足

桥梁的自身的抗力不仅与材料性能有关，更取决于结构的整体刚度，截面尺寸过小会导致结构的整体刚度不足，使得抗力过小，难以抵抗使用阶段的外荷载。因此，截面尺寸也不容忽视。

截面尺寸不足有可能是施工方为偷工减料，或者其他失误造成的，也有可能是设计偏于保守造成的。

2.3施工

一座桥梁结构的失效很容易让大家联想到施工问题，比如说前面所讲的偷工减料，或者在混凝土里面加入过量的添加剂，因此，施工问题是大家所关注的一个比较重要的问题。

施工问题主要有钢筋保护层以及混凝土构件的人缺陷，如：水泥选用不当、混凝土配合比不合适、振捣不充分或者过振、预应力的施加或者不养护不到位等[4]。

2.4设计缺陷

部分桥梁设计上存在问题，也是引发事故的一个重要因素。一个工程不可一味地说成是施工问题，设计一旦出了问题，可能比施工问题还要大，可能造成的事故会更恶劣。

设计的缺陷主要表现在设计所采用的规范本身所存在的不足、设计时所采用的设计标准偏低、设计转包等加重了结构的安全隐患。

2.5养护

重建轻养是我国桥梁普遍存在的问题，桥梁结构在设计寿命周期内各个组成部件具有不同的耐久性极限，需要定期检测、评价、鉴定、养护、修理，甚至更换或加固，才能保证结构在设计寿命期内的服务功能。

重建轻养的直接结果：随着交通量的与日俱增，车辆载重量的不断提升，很多桥梁处于带病超负荷运营状态，损坏速度不断加快。

2.6结构超载

随着社会的发展，交通运输竞争已日益激烈，对于桥梁按原有的设计标准来说，能够抵御原有的设荷载，但车辆的超载问题愈来愈严重，使得桥梁结构不堪重负，导致结构开裂，承载力下降，形成恶性循环。

2.7位移约束

当受地基或者其他因素的影响桥墩产生倾斜、不均匀的沉降，基础产生水平位移会使得超静定结构产生附加应力，当这种应力大于混凝土的抗拉强度的时候结构就会产生裂缝，这是位移约束的一种常见形式。

2.8温度

温度是影响混凝土开裂的不可忽视的因素。混凝土受温度的影响会产生热胀冷缩的效应。当受到温度的影响时，混凝土会产生变形，而混凝土往往具有一定的厚度，使得混凝土块内部和外部往往具有不同的温度，即温差，这样就会使得混凝土内部和外部变形不一致，使得结构内部产生应力，当产生的应力大于混凝土的抗拉强度的时候就会产生温度裂缝。引起温度变化的因素很多，最主要的有日照、年温差、水化热、骤然降温、冬季施工或养护措施不当等[5]。

日照温差会使得混凝土块背光侧和面光侧温度明显不一样，暴露在太阳底下的结构面温度明显高于其他部位。由于受到自身变形的约束，导致局部拉应力较大，从而产生裂缝。由于日照温差是常有的，所以是导致结构温度裂缝的最常见因素之一[6]。

年温差主要是导致桥梁的纵向位移引起纵向裂缝。

水化热。在浇筑大体积混凝土的时候，由于水泥水化会释放热量，与大气接触的结构外表面热量释放较快，而结构内部由于受到约束，导致热量无法及时释放，使得内外温差较大，从而导致表面裂缝的产生。

骤然降温。日落、冷空气侵袭、突降大雪等使得混凝土结构外部温度突然降低。但结构内部温度的下降则相对较慢，从而产生温度应力。导致骤然降温裂缝的产生。

在冬季施工或者养护时，需要采取特殊的措施来避免混凝土骤冷骤热的影响。但当措施使用不当时，往往会使得内外温度不均，导致裂缝的产生[7]。

2.9其他

引起梁式桥开裂的其他因素如收缩、徐变影响、灾害损坏影响等。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩，产生收缩的原因是混凝土在凝结硬化过程中化学反应所产生的“凝缩”和混凝土自由水分蒸发所产生的“干缩”两部分所引起的体积变形。由于收缩导致混凝土的体积变形，会对混凝土造成收缩裂缝；混凝土在长期荷载作用下应力不变应变随着时间继续增长的现象混称为凝土的徐变，混凝土的徐变有时也会导致混凝土产生裂缝，所以混凝土徐变也不容忽视；如果偶遇地震、船舶撞击等偶然荷载的作用，可能会使桥梁结构发生开裂甚至倒塌，因此在设计和施工的过程中应充分考虑桥梁所受偶然作用的因素[8]。