宋善民

【摘 要】文章對荷載引起橋梁裂縫的原因做了說明。

【關鍵詞】荷載；橋梁裂縫

0.概述

混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料?；炷磷钪饕娜秉c是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見（<0.05mm），一般對結構的使用無大的危害，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。我國現(xiàn)行公路、鐵路、建筑、水利等部門設計規(guī)范均采用限制構件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結構的正常使用。本文所討論的僅指后一類裂縫。

近年來，我國交通基礎建設得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，有關因出現(xiàn)裂縫而影響工程質量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)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制的。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(xiàn)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(chǎn)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，達到防范于未然的作用。

實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)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。

1.直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫

裂縫產(chǎn)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；結構安全系數(shù)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，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構結構受力特點，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(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

2.次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫

裂縫產(chǎn)生的原因有：

（1）在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)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采用布置“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(xiàn)裂縫而導致鋼筋銹蝕。

（2）橋梁結構中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內根據(jù)截面內力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。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(xiàn)裂縫。

實際工程中，次應力裂縫是產(chǎn)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(guī)一般不計算，但隨著現(xiàn)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(xiàn)在對預應力、徐變等產(chǎn)生的二次應力，不少平面桿系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（或斷面突變），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，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。

3.荷載裂縫特征及特點

荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區(qū)出現(xiàn)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志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結構不同受力方式，產(chǎn)生的裂縫特征如下：

（1）中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時，裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。

（2）中心受壓。沿構件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

（3）受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時，裂縫少而寬，結構可能發(fā)生脆性破壞。

（4）大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。

（5）小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。

（6）受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫；當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。

（7）受扭。構件一側腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。

（8）受沖切。沿柱頭板內四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

（9）局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

4.結語

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。設計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此，嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理，是保證結構安全耐用的前提和基礎。加強混凝土橋梁的荷載研究，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當重要的一個環(huán)節(jié)。