浅谈公路工程桥梁裂缝出现原因及危害

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摘要：裂缝是混凝土结构最常出现的病害，也是影响混凝土结构性能的最主要的病害之一，本文究其原因略作浅析。

关键词：混凝土结构 裂缝分析

中图分类号：TU37 文献标识码： A 文章编号：

在役桥梁结构随着使用时间的延续，受结构使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，加之设计和施工的不当，都会使结构受到不同程度的损伤，造成桥梁病害，使结构性能退化，使用功能逐步降低乃至完全丧失。

而裂缝是混凝土结构最常出现的病害，也是影响混凝土结构性能的最主要的病害之一，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表，所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。详细而认真的进行裂缝调查、检测与分析是混凝土结构损伤检测的核心。

一、裂缝类型及出现的原因分析

1．结构性裂缝（受力裂缝）

众所周知，混凝土的抗拉强度很低，抗拉极限应变大约为。换句话说，混凝土即将开裂的瞬间，钢筋的应力只有。事实上，在正常使用阶段钢筋的应力远大于此值，所以说在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免是我。因而，习惯上又将这种裂缝称为正常裂缝。实践证明，在正常条件下，裂缝宽度小于0.3mm时，钢筋不致生锈。为确保安全，允许裂缝宽度还应小一些。

结构性裂缝可根据构件的受力特征判断。图1-1所示为钢筋混凝土简支梁的典型结构性裂缝分布示意图。

图1-1钢筋混凝土梁结构裂缝

图1-1中①所示的跨中截面附近下缘受拉区的竖向裂缝，是最常见的结构性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。若竖直裂缝宽度过大，超过规范规定的限值，预示结构正截面承载力不足；图1-1中②所示为支点（或腹板宽度变化处）附近截面由主拉应力引起的斜裂缝。在正常设计和使用情况下很少出现斜裂缝，即使出现裂缝宽度也很小。若斜裂缝宽度过大，预示结构的斜截面承载力不足，存在发生斜截面脆性破坏的潜在危险，应引起足够的重视。但有些结构性裂缝（受力裂缝）是由设计错误和施工方法不当所造成的。例如：钢筋锚固长度不足、计算图式与实际受力不符、构件刚度不足、次内力考虑不全面和施工安装构件支承吊点错误等都可以使构件产生裂缝。图1-2所示为美国纽约一座高架桥桥墩盖梁悬臂裂缝分布及加固方案示意图[2]。桥梁通车后发现桥墩盖梁悬臂出现严重裂缝，裂缝从上层受拉钢筋端头处开始，向下沿伸至悬臂根部。显然，这种裂缝是由于钢筋锚固长度不够所引起的结构性裂缝，这种结构性裂缝对结构安全构成潜在危险，应及时加以处理。该桥采用了预加应力的方法进行了补强处理。

图1-2：美国纽约高架桥桥墩盖梁悬臂裂缝分布及加固方案

2．非结构性裂缝

混凝土的非结构性裂缝根据其形成的时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇筑方法，养护条件和使用环境等等多因素影响。

（1）收缩裂缝

混凝土凝固过程，混凝土中多余水分蒸发，体积缩小称为干缩。同时，水泥和水起水化作用逐渐硬化而形成的水泥骨架不断紧密，体积缩小，称为凝缩。收缩中以干缩为主，占总收缩量的8/10~9/10。收缩量随时间增长而不断加大，初期收缩较快，尔后日趋缓慢。

主要是混凝土早期养护不当，混凝土表面直接受到风吹日晒的影响，表面水份蒸发过快，产生较大的拉应力，混凝土早期强底低，很容易出现收缩裂缝。

收缩裂缝发生在混凝土面层，裂缝浅而细，宽度多在0.05~0.2mm之间。对板类构件多沿短边方向，均匀分布于相邻两根钢筋之间，方向与钢筋平行。对高度较大的钢筋混凝土梁，由于腰部水平钢筋间距过大，在腰部（或腹板）产生竖向收缩裂缝，但多集中在构件中部，中间宽两头细，至梁的上、下缘附近逐渐消失，梁底一般没有裂缝。大体积混凝土在平面部位收缩裂缝较多，侧面也有所见。收缩裂缝对构件承载力影响不大，主要影响影响结构外观和耐久性。

（2）温度裂缝

钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝。这种裂缝称为温度裂缝。按结构的温度场不同、温度变形、温度应力不同，温度裂缝可分为三种类型：

①截面均匀温差裂缝：

一般桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度变化时，构件截面受到均匀温差的作用，可忽略横截面两个方向的变形，只考虑沿梁长度方向的温度变形，当这种变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。

②截面上、下温差裂缝

以桥梁结构中大量采用的箱形梁为例，当外界温度骤然变化时，会造成箱内外的温度差，考虑到桥梁为长细结构，可以认为在沿梁长方向箱内外的温差是一致的，沿水平横向没有温差。可将三维热传等问题简化为沿梁的竖向温度梯度来确定，一般假设梁的截面高度方向、温差呈线性变化。

在这种温差作用下，梁不但有轴向变形，还伴随产生弯曲变形。梁的弯曲变形在超静定结构中不但引起结构的位移，而且因多余约束存在，还要产生结构内部温度应力。当上、下温差变形产生的应力达到混凝土抗拉强度极限值时，混凝土就要出现裂缝，这种裂缝称为截面上、下温差裂缝。

③截面内外温差裂缝

水泥在水化过程产生一定的水化热，其大部分热量是在水泥浇筑后3天以内放出的。大体积混凝土产生的大量水化热不容易散发，内部温度不断上升，而混凝土表层散热较快，使截面内部产生非线性温度差。

混凝土温度裂缝有以下特点：

①裂缝发生在板上时，多为贯穿裂缝；发生在梁上多为表面裂缝。

②梁板式结构或长度较大的结构，裂缝多是平行于短边。

③大面积结构（例如桥面铺装）裂缝多是纵横交错。

④裂缝宽度大小不一，一般在0.5mm以下，且沿结构全长没有多大变化。

预防温度裂缝的主要措施是合理设置温度伸缩缝，在混凝土组成材料中掺入适量的磨细粉煤灰，减少水化热，加强混凝土养护，严格控制升温和降温速度。

（3）钢筋锈账裂缝（顺筋裂缝）

钢筋混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀相互作用。裂缝会增加混凝土的渗透性，使钢筋的腐蚀加重，另一方面钢筋腐蚀后，腐蚀产物体积膨胀，使混凝土保护层沿纵筋方向出现裂缝，严重者混凝土保护层会完全脱落。

对预应力混凝土构件而言，由于预压应力过大或管道灌浆受冻、膨胀等原因也可能出现顺筋裂缝。这种裂缝是不可恢复的，会加剧预应力筋的腐蚀（又称应力腐蚀），预应力筋腐蚀又会进一步加剧顺筋裂缝的扩展。如此恶性循环，带有极大的危险性，应引起足够的重视，及时处理。

①钢筋腐蚀对钢筋与混凝土粘结强度的影响

钢筋腐蚀对粘结强度的影响与腐蚀量有关：当钢筋表面只有轻微的腐蚀时（腐蚀率小于1%），钢筋与混凝土之间的粘结强度有所提高；但随蚀量的增加，粘结强度则会显著下降。当因钢筋腐蚀产生顺筋裂缝，且裂缝宽度超过1.5~2mm时，钢筋与混凝土之间的粘结力基本丧失，其平均粘结强度仅为无纵向裂缝的3.5%~5.5%。

②钢筋腐蚀对构件承载力的影响

钢筋腐蚀对钢筋混凝土构件承载力的影响主要取决于钢筋腐蚀引起的钢筋截面面积减少、材料力学性能的变化和钢筋与混凝土之间的粘结力。