梁板孔洞處裂縫變化研究

摘要：梁板孔洞包括預埋件與張拉孔等，本文利用斷裂力學基本理論及有限元法建立縫洞組合裂縫變化模型，通過ANSYS有限元軟件模擬研究不同縫洞組合：縫-洞、縫-洞-縫、縫-洞-縫-洞3種模型。探討不同模型中裂縫寬度變化、裂縫長度的關系。從模擬結果發現裂縫長度越大，其縫寬增量越大；空洞直徑的逐漸增大， 縫寬增量也越大。比對工程檢測裂縫圖像分析，驗證計算機模擬裂縫寬度變化規律，直觀分析預埋件處、張拉孔處的裂縫防治的重要性，為施工提供一定的參考價值。

關鍵詞：孔洞 裂縫 模擬 變化規律 驗證

1 概述

目前鋼筋混凝土結構被廣泛應用于我國橋梁工程中，梁板作為橋梁上部結構的核心，而裂縫是最常見的通病直接影響到橋梁結構物的正常使用，降低橋梁耐久性[1][2]。孔洞處施工時往往不被重視，容易引起正常使用時孔洞處開裂，以前的裂縫研究往往從單一或成組裂縫的數值模擬， 很少考慮孔洞對裂縫變化的影響[3]。為加強質量事前控制和過程控制，孔洞處的裂縫研究成為必須進行的環節。

2 斷裂力學裂縫擴展基本理論[4]

在外力作用下結構裂縫大致可分為以下3種型式（圖1）。

①Ⅰ型（或張開型）裂縫：外載荷為垂直裂縫面的正應力，裂縫面上點的相對位移與裂縫面垂直，造成裂縫上下面張開。②Ⅱ型（或滑開型）裂縫：外載荷為裂縫面內垂直于裂縫端部的剪切力，裂縫面的相對位移平行于裂縫面且與裂縫端面垂直。③Ⅲ型（或撕開型）裂縫：外載荷為裂縫面內平行于裂縫端面的剪切力，裂縫表面的相對位移平行于裂縫面，同時與裂縫端面相平行。

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本文重點研究Ⅰ型張開型裂縫，裂縫尖端附近所發生的斷裂過程受裂縫尖端的應力和位移控制。根據斷裂力學基本理論，可求解出裂縫尖端的位移和變形情況。為此須建立以下三種有限元模型：

3 有限元分析

設定外部荷載分別為3MPa、5MPa、10MPa，裂縫長度分別為250mm、500mm、750mm，洞徑分別為50mm、

70mm、100m的縫-洞、縫-洞-縫及縫-洞-縫-洞3種模型，導出的裂縫寬度增量變化結果如下：

從圖中可以對比看出：在相同外荷載、洞徑及裂縫長度的條件下，縫- 洞-縫-洞模型對裂縫寬度變化影響最大，其孔洞處縫寬增量在在0.148-1.06mm之間變動；其次為縫-洞-縫模型增量在0.073-0.659mm之間變動，縫-洞模型增量在0.059-0.515mm之間變動。（見表1-3）

從模擬數據結果發現裂縫長度越大，其縫寬增量越大；空洞直徑的逐漸增大，縫寬增量也越大。

4 工程檢測[5]

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對梁板張拉孔附近裂縫的檢測發現，離孔洞越近處裂縫寬度變化越大越劇烈；隨著裂縫長度開展裂縫寬度增大，呈斜線發展趨勢，到達高峰值后減小。

5 結語

經過模擬分析和現場檢測結果分析發現在相同外荷載、洞徑及裂縫長度的條件下，縫-洞-縫-洞模型對裂縫寬度變化影響最大，其次為縫-洞-縫模型，最小的是縫-洞組合；裂縫長度越大，其縫寬增量越大；空洞直徑的逐漸增大，縫寬增量也越大；離孔洞越近處裂縫寬度變化越大越劇烈；隨著裂縫長度開展裂縫寬度增大，呈斜線發展趨勢，到達高峰值后減小。在現場施工時必須保證孔洞處密實，盡量不要采取后植筋措施，不能隨意增大孔洞的間距，對已發生開裂的部位要采取措施阻止裂縫的發展，嚴控外部施加荷載。綜上所述通過以上研究可對以后梁板施工質量提高提供一定的理論依據。

參考文獻：

[1]王海軍.混凝土橋梁裂縫產生原因研究[J].科技創新導報，2011（10）.

[2]何亞君.淺談橋梁裂縫病害[J].黑龍江交通科技，2011（7）.

[3]韓松.混凝土裂縫寬度預測模型研究[J].四川建筑科學研究，2011（3）.

[4]李松.縫洞型儲層井壁裂縫寬度變化ANSYS.模擬研究[J].天然氣地球科學，2011（2）.

[5]鄒振利.圖像處理技術在墻體淺層裂縫寬度測量中的運用[J].墻材革新與建筑節能，2011（5）.