橋樑裂縫產生原因淺析

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橋樑裂縫產生原因淺析
近年來,我省交通基礎建設得到迅猛發展,各地興建了大量的混凝土橋樑。在橋樑建造和使用過程中,有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導橋樑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”,經常困擾著橋樑工程技術人員。其實,如果採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樑裂縫的認識,儘量避免工程中出現危害較大的裂縫,本文儘可能對混凝土橋樑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,達到防範於未然的作用。
l混凝土橋樑裂縫種類、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。混凝土橋樑裂縫的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下幾種:
一、荷載引起的裂縫
混凝土橋樑在常規靜、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;設計斷面不足;鋼筋設定偏少或佈置錯誤;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;不瞭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。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常採用佈置“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鋼筋鏽蝕。
2、橋樑結構中經常需要鑿槽、開洞、設定牛腿等,在常規計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設定受力鋼筋。研究表明,受力構件挖孔後,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。在長跨預應力連續樑中,經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束,設定錨頭,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、剪下性質。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,不少平面杆繫有限元程式均可正確計算,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),當不能迴避時,應做區域性處理,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定護邊角鋼。
荷載裂縫特徵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誌,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,產生的裂縫特徵如下:
1、中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面,間距大體相等,且垂直於受力方向。採用螺紋鋼筋時,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。