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浅谈混凝土桥梁裂缝的成因

时间:2014-06-10  来源:  编辑:  浏览:593次
本文主要对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作出分析总结,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…裂缝产生的原因有设计计算阶段,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,结构安全系数不够等…建造在山区沟谷的桥梁,河沟处的地质与山坡处变化较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉
浅谈混凝土桥梁裂缝的成因摘要:混凝土已成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料,尤其在桥梁工程上使用很多,但混凝土开裂问题一直困扰桥梁工程技术人员,文章就混凝土裂缝的种类和产生原因做出分析、总结。

关键词:混凝土桥梁;裂缝;成因

混凝土因其取材广泛、价格低廉,抗压强度高、耐火性好、不易风化、养护费用低,成为使用最广泛的建筑材料。混凝土最主要的缺点是:抗拉能力差,容易开裂。在混凝土桥梁建造和使用过程中,混凝土开裂问题经常困扰着桥梁工程技术人员。本文主要对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作出分析、总结,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。

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。

2、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以准确进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋,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。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。

二、温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有:

1、年温差。

2、日照。

3、骤然降温。日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行,混凝土弹性模量不考虑折减。

4、水化热。

5、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。

三、收缩引起的裂缝

在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。

塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。

缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。

自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应而发生的体积变化。

炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩一般不做计算。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有任何规律。

四、地基础变形引起的裂缝由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:

1、地质勘察精度不够、试验资料不准。在没有充分掌握地质情况就设计、施工,这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

2、地基地质差异太大。建造在山区沟谷的桥梁,河沟处的地质与山坡处变化较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

3、结构荷载差异太大。在地质情况比较一致条件下,各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀沉降。

4、结构基础类型差别大。同一联桥梁中,混合使用不同基础也可能引起地基不均匀沉降。

5、分期建造的基础。在原有桥梁基础附近新建桥梁时,均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。

6、地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀;一旦温度回升,冻土融化,地基下沉。

7、桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时,可能造成不均匀沉降。

8、桥梁建成以后,原有地基条件变化。对于拱桥等产生水平推力的结构物,对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移裂缝的主要原因。

五、钢筋锈蚀引起的裂缝由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。

要防止钢筋锈蚀,设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用恰当的保护层厚度;施工时应控制混凝土的水灰比,加强振捣,保证混凝土的密实性,防止氧气侵入,同时严格控制含氯盐的外加剂用量。

六、冻胀引起的裂缝大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78度以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。

七、施工材料质量引起的裂缝混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。

八、施工工艺质量引起的裂缝在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。

因此可知,设计疏漏、施工低劣、监理不力,均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。

(广西城乡规划设计院蒙春宇)

来源:项目管理网

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