钢筋混凝土桥梁裂缝的成因分析与预防

【摘要】 随着我国城市化的不断推进，建筑市场异常繁荣，伴随而来的是对建筑项目施工技术要求的不断提高，这也是企业发展的重要保证，所以做好建筑施工企业项目施工技术对保证施工项目的按时按质的完成显得尤其重要。鉴于施工项目时间长、工艺复杂、多专业结合的特点，对施工项目现场技术的思考和探讨，以保证企业在市场中的竞争力。本文将从钢筋混凝土桥梁裂缝的类型和产生的原因进行分析，便于在设计和施工时有效的控制裂缝的产生。

【关键词】桥梁裂缝；裂缝成因；裂缝分析；裂缝预防

中图分类号：TV543文献标识码： A

在社会高速发展的今天，桥梁建设越来越受到各个国家设计师的青睐。然而混凝土作为脆性材料，钢筋作为韧性材料，它们两者在一起混合，弹性模量相差比较大，强度在差别就更大，要想两种材料在一起共同发挥作用，钢筋承受压力，混凝土必将开裂。裂缝一般分为可见裂缝和不可见裂缝。可见裂缝又分为无害裂缝和有害裂缝，有害裂缝是在使用荷载或外界物理及化学作用下不断产生和发展，引起混凝土碳化，保护层剥落及钢筋锈蚀，直至影响结构的安全性和使用寿命，因此，有害裂缝必须要加以控制。

一、混凝土桥梁设计原理

我国现行公路桥涵规范规定：桥梁应根据公路使用任务、性质和未来发展的需要，按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计，混凝土桥梁设计过程是按照承载能力和正常使用两种极限状态来进行考虑的。按照承载能力极限状态是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力，其设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值要小于结构抗力的设计值。与此同时利用荷载的安全系数、材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下结构物总体的安全储备，这是一种极限状态设计的方法。按照正常使用极限状态是控制结构物在正常使用状态是应力应变，裂缝和变形小于一个限定值，即使用允许裂缝宽度来控制混凝土构件的结构设计。

混凝土构件容许裂缝的存在，是由混凝土抗拉能力差，容易开裂的缺点决定的。通过大量的工程实例研究表明，几乎所有的混凝土构件都是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，一般对结构和使用无大的影响，可允许其存在；有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土明显的病害，保护层剥落、钢筋腐蚀等等，这些象限的发生都会导致混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用。

二、混凝土桥梁裂缝的成因分析及预防措施

随着桥梁使用年龄的延长车辆的超载现象也越来越严重，会既有的细微裂缝不断的扩大，更严重的会是桥梁会断裂，此时最需要重视及亟需解决的问题是裂缝形成的原因、钢筋的腐蚀作用，同时针对这些做出分析，以避免和克服裂缝引起的对桥梁使用性能的影响。现在对混凝土裂缝的研究和工程实例的分析，混凝土桥梁的裂缝形成原因大致可以分为以下几个方面：

（一）混凝土用料选用不当引起的裂缝

1、水泥品种、用量及标号，水泥大致可以分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸水泥、水山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥；不同的混凝土要使用不同的水泥品种。另外，水泥标号越低，单位混凝土中使用的水泥量就会越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，并且发生收缩时间越长。在桥梁施工中，单位体积内增加水泥用量来提高混凝土的强度，这种做法往往会是混凝土收缩应力增大。

2、骨料品种。骨料一般有两种：碎石和卵石。碎石是经过人工或机械破碎而成，卵石是天然岩石经风化而成。因为碎石的表面粗糙，与水泥石粘接度大；颗粒均匀，且坚固；不含杂质，清洁度好；针、片状含量少，所以，配制出来的混凝土强度大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

4、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

（二）设计和施工不合理产生的裂缝

在工程实例中发生最多的裂缝形式就是设计和施工不合理产生的裂缝，目前大多数的设计人员往往只满足于规范对结构计算上的安全需要，往往忽视从结构构造、结构维护、结构耐久性以及设计、施工使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结果整体性和延性不足，冗余性小；混凝土 强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细等等都会减小结构的安全性，会严重的影响结构物的使用寿命。目前很多桥梁，尽管满足了桥梁设计规范强度要求，但是往往在使用几年以后就会出现这样或那样的问题影响结构物的安全。在混凝土桥梁建设时，在竖向有截面图突变的地方是比较容易出现裂缝的，这是因为混凝土在浇筑后发生水化反应，混凝土因试水而收缩，骨料在重力作用下沉降，此时混凝土的强度和硬度还不是很高，骨料在下沉式受到钢筋的阻挡，这样就会在沿钢筋的方向产生裂缝。要想避免这种裂缝的产生，在设计阶段要尽量避免截面突变的存在，不能避免时要做特殊的处理，在截面突变的截面适当增加钢筋的数量，在施工时注意振捣，最好是在变截面处分层浇筑。

（三）自然环境的影响产生的裂缝

在自然环境下，混凝土会受到温度的变化而产生裂缝。一般情况下，失火、太阳暴晒、温度骤然下降以及冬季施工保温措施做的不到位都会产生此裂缝。预防这种裂缝的方法就是要重视温度的变化，一些大跨度的桥梁，温度应力往往是可以超过荷载应力的，另外尽量的避免在冬季施工，在冬季施工混凝土在初凝的时候容易受冻，在混凝土达到终凝时，混凝土的强度会降低设计强度的百分之三十到百分之五十。

（四）荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在动、静荷载及次应力的作用下就会产生裂缝，车辆荷载和风力荷载都是桥梁结构承受的动荷载，这样的荷载会在桥梁结构内产生循环变化的应力，它不但会引起桥梁结构的振动，同时还会引起桥梁结构损坏。桥梁在浇筑时所使用的材料并非是均匀和连续的，往往就会存在缺陷，它在循环荷载作用下，这些缺陷就会逐渐形成损坏，并且在材料中逐渐形成宏观裂纹。一旦裂纹出现并且没有得到有效的控制，这些裂纹就可能引起材料、结构的脆性断裂。早期的损坏往往是不容易检测到的，但它带来的后果往往是灾难性的。在工程实例中这种荷载引起的裂缝多出现在受拉、受剪区或振动严重部位，且裂缝特征如下：

1、受拉。裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时，裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。

2、受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。

3、受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时，裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时，裂缝少而宽，结构可能发生脆性破坏。

4、受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏，沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝；当箍筋适当时发生剪压破坏，沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。

5、受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。

荷载裂缝产生的原因是内力与配筋计算或构造设计不当，在施工时不按照设计图纸施工，擅自更改桥梁结构施工顺序，导致结构受力的状态发生变化，从而导致桥梁结构承载力超出使用极限。除此之外，目前我国大量的货车超载比较严重也是造成此裂缝产生的一个主要原因。如果要想预防这种裂缝的产生，首先是加强设计阶段的合理性，其次的严格控制车辆的严重超载。

三、结束语

混凝土桥梁产生裂缝的原因很多并且比较复杂，在施工中微小的裂缝也是允许产生的，保证不出现裂缝是基本不可能的，但是我们要能够尽量的减少因为合计设计疏漏、施工低劣、监理不力、运营管理不力等诸多人为因素所产生的裂缝扩展，从而保证桥梁不会因为裂缝扩展导致钢筋腐蚀、脆性断裂等病害发生。

参考文献：

[1]赵国藩，李树瑶，廖婉卿.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].北京：海洋出版社

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.