梁式橋常見裂縫的表現形式及成因分析

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

莊家智1，王柱2（1重慶市設計院，重慶　400015；2重慶市沙坪壩區市政園林管理局，重慶　400030）

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梁式橋常見裂縫的表現形式及成因分析

Analysis on Manifestation Mode and Causes of Common Cracking in Girder Bridge

莊家智1，王柱2
（1重慶市設計院，重慶400015；2重慶市沙坪壩區市政園林管理局，重慶400030）

摘要：目前梁式橋普遍存在的病害問題是裂縫，開裂只是結構、構件承載力下降的一種表面征兆和構造性的反應，并非導致其承載力下降的實質性原因，故不可能通過單純的裂縫修補來恢復其承載功能。應究其原因，對癥下藥，才能有效地預防裂縫的產生或者加固已有病害橋梁。該文對常見幾種裂縫的表現形式，就其成因進行了系統分析，以方便為設計、施工找出控制這些裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。

關鍵詞：梁式橋；裂縫；病害；加固

Abstract:It is quite common for a girder bridge to embrace the problem of cracking, which is just an external phenomenon and structural reflection of the bearing capacity of the structure and components, not the real cause of bearing capacity reduction, so the simple cracking repair cannot regain the function of bearing, instead, the real causes should be detected for the prevention and reinforcement of the girder bridge. In this paper, the manifestation modes of several common crackings are presented with causes analyzed systematically for prevention measures.

Keywords:girder bridges; cracking; hazard; reinforcement

0　引言

隨著時間的推移，交通量不斷增大，目前相當數量的公路橋梁,常常由于外界環境的變化、承受活載增長等原因[1]造成相當數量的橋梁存在老化、破損等病害情況，導致橋梁承載能力不足。而裂縫又是橋梁病害最常見的一種形式，其誘發原因復雜多變，要針對病根對癥下藥，就必須對裂縫病害的成因做認真分析，才能有針對地提出防止裂縫和加固橋梁，提高橋梁承載力的措施。本文針對一種常見的橋型——梁式橋常見的幾種裂縫的表現形式，就其成因進行了相對系統的分析，以方便為設計、施工找出控制這些裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。

1　梁式橋常見裂縫的表現形式

1.1橋梁裂縫的分類

橋梁裂縫按其表現形式可以分為以下三種：

（1）貫穿裂縫：結構分離，不再保持整體性，危害最大。

（2）深層裂縫：裂縫延伸到深層，危害著結構的整體性，危害嚴重。

（3）表面裂縫：結構表面淺層，龜紋狀裂縫、豎向裂縫、水平裂縫、干縮裂縫等[2]。

1.2梁式橋常見裂縫的具體表現形式

（1）彎曲裂縫

如圖1所示的梁板結構裂縫圖，梁的彎拉區產生的是彎曲裂縫，主要表現形式為從梁底向上開裂，垂直于主筋。

這種裂縫在受荷時，已有裂縫的長度會緩慢地延長，裂縫也會變寬，同時，又會出現新的裂縫；卸載時，裂縫一般恢復原狀，這樣的裂縫是屬于彈性范圍的裂縫，性質比較穩定，但是，有個別裂縫為深層裂縫，也有部分貫穿裂縫。

（2）剪切裂縫

如圖1所示，在梁的剪拉區產生的斜裂縫，發生在支座與1/4跨徑之間，與梁軸間的夾角一般為45～60°的夾角。

圖1　梁板結構裂縫圖

這種裂縫寬度不會很大，但是易與受拉區裂縫相連。

（3）梁板結構主筋部分的水平縱向裂縫

在主筋位置附近，沿著主筋的延伸方向，會出現水平縱向裂縫，一般長度可達半跨，寬度較大。

這種裂縫產生原因較復雜，或是混凝土先開裂，繼而鋼筋銹蝕；或是鋼筋銹蝕膨脹引起混凝土開裂，與施工質量，保護層厚度，混凝土添加劑等有關。

（4）混凝土梁上的網狀裂縫

混凝土梁上有時會產生網狀裂縫，這種裂縫在車輛荷載下長度和寬度變化一般較小，一般是由于混凝土內外所受外界不均勻的非荷載作用所致。

圖2　梁板側面的網狀裂縫圖

（5）支座處裂縫

在簡支梁支座的墊板處的梁體上，支座墊板與混凝土的交界處，往往會發生兩條大的斜裂縫，主要原因是橋墩發生不均勻沉降、歪斜；局部混凝土承壓不夠；支座傾斜或者活動支座失靈。

圖3　梁體鋼板支座處的裂縫圖

2　梁式橋裂縫產生的原因分析

梁式橋裂縫產生的原因歸根結底可以分為內因和外因。內因主要有：構件的材料質量缺陷，截面尺寸設計不足、施工、設計缺陷、養護失誤等。外因主要歸結為：結構超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災害損壞影響等。

2.1混凝土結構構件材料質量缺陷

橋梁工程中，質量、速度和經濟往往相互制約，如果片面地追求經濟和速度，那么質量就得不到保證。施工單位為求利益最大化，往往會片面地追求經濟和速度。

為了降低成本，施工單位往往會使用一些達不到設計要求的水泥，或者偷工減料，這樣做的直接后果就是導致橋梁的抗力降低，使用一段時間便會出現明顯的裂縫。

同時為了片面追求施工進度，施工單位往往會在水泥中加入過量早強劑、減水劑等。混凝土中添加劑的過量使用往往會導致混凝土碳化，鋼筋銹蝕，從而使混凝土產生脹裂裂縫[3]。

2.2截面尺寸不足

橋梁的自身的抗力不僅與材料性能有關，更取決于結構的整體剛度，截面尺寸過小會導致結構的整體剛度不足，使得抗力過小，難以抵抗使用階段的外荷載。因此，截面尺寸也不容忽視。

截面尺寸不足有可能是施工方為偷工減料，或者其他失誤造成的，也有可能是設計偏于保守造成的。

2.3施工

一座橋梁結構的失效很容易讓大家聯想到施工問題，比如說前面所講的偷工減料，或者在混凝土里面加入過量的添加劑，因此，施工問題是大家所關注的一個比較重要的問題。

施工問題主要有鋼筋保護層以及混凝土構件的人缺陷，如：水泥選用不當、混凝土配合比不合適、振搗不充分或者過振、預應力的施加或者不養護不到位等[4]。

2.4設計缺陷

部分橋梁設計上存在問題，也是引發事故的一個重要因素。一個工程不可一味地說成是施工問題，設計一旦出了問題，可能比施工問題還要大，可能造成的事故會更惡劣。

設計的缺陷主要表現在設計所采用的規范本身所存在的不足、設計時所采用的設計標準偏低、設計轉包等加重了結構的安全隱患。

2.5養護

重建輕養是我國橋梁普遍存在的問題，橋梁結構在設計壽命周期內各個組成部件具有不同的耐久性極限，需要定期檢測、評價、鑒定、養護、修理，甚至更換或加固，才能保證結構在設計壽命期內的服務功能。

重建輕養的直接結果：隨著交通量的與日俱增，車輛載重量的不斷提升，很多橋梁處于帶病超負荷運營狀態，損壞速度不斷加快。

2.6結構超載

隨著社會的發展，交通運輸競爭已日益激烈，對于橋梁按原有的設計標準來說，能夠抵御原有的設荷載，但車輛的超載問題愈來愈嚴重，使得橋梁結構不堪重負，導致結構開裂，承載力下降，形成惡性循環。

2.7位移約束

當受地基或者其他因素的影響橋墩產生傾斜、不均勻的沉降，基礎產生水平位移會使得超靜定結構產生附加應力，當這種應力大于混凝土的抗拉強度的時候結構就會產生裂縫，這是位移約束的一種常見形式。

2.8溫度

溫度是影響混凝土開裂的不可忽視的因素。混凝土受溫度的影響會產生熱脹冷縮的效應。當受到溫度的影響時，混凝土會產生變形，而混凝土往往具有一定的厚度，使得混凝土塊內部和外部往往具有不同的溫度，即溫差，這樣就會使得混凝土內部和外部變形不一致，使得結構內部產生應力，當產生的應力大于混凝土的抗拉強度的時候就會產生溫度裂縫。引起溫度變化的因素很多，最主要的有日照、年溫差、水化熱、驟然降溫、冬季施工或養護措施不當等[5]。

日照溫差會使得混凝土塊背光側和面光側溫度明顯不一樣，暴露在太陽底下的結構面溫度明顯高于其他部位。由于受到自身變形的約束，導致局部拉應力較大，從而產生裂縫。由于日照溫差是常有的，所以是導致結構溫度裂縫的最常見因素之一[6]。

年溫差主要是導致橋梁的縱向位移引起縱向裂縫。

水化熱。在澆筑大體積混凝土的時候，由于水泥水化會釋放熱量，與大氣接觸的結構外表面熱量釋放較快，而結構內部由于受到約束，導致熱量無法及時釋放，使得內外溫差較大，從而導致表面裂縫的產生。

驟然降溫。日落、冷空氣侵襲、突降大雪等使得混凝土結構外部溫度突然降低。但結構內部溫度的下降則相對較慢，從而產生溫度應力。導致驟然降溫裂縫的產生。

在冬季施工或者養護時，需要采取特殊的措施來避免混凝土驟冷驟熱的影響。但當措施使用不當時，往往會使得內外溫度不均，導致裂縫的產生[7]。

2.9其他

引起梁式橋開裂的其他因素如收縮、徐變影響、災害損壞影響等。混凝土在空氣中結硬時體積減小的現象稱為混凝土的收縮，產生收縮的原因是混凝土在凝結硬化過程中化學反應所產生的“凝縮”和混凝土自由水分蒸發所產生的“干縮”兩部分所引起的體積變形。由于收縮導致混凝土的體積變形，會對混凝土造成收縮裂縫；混凝土在長期荷載作用下應力不變應變隨著時間繼續增長的現象混稱為凝土的徐變，混凝土的徐變有時也會導致混凝土產生裂縫，所以混凝土徐變也不容忽視；如果偶遇地震、船舶撞擊等偶然荷載的作用，可能會使橋梁結構發生開裂甚至倒塌，因此在設計和施工的過程中應充分考慮橋梁所受偶然作用的因素[8]。

5　結語

（1）梁式橋裂縫產生的原因可以分為內因和外因。

（2）導致梁式橋開裂的內因有混凝土結構構件材料質量缺陷，截面尺寸不足，設計、施工、養護失誤等。

（3）導致梁式橋開裂的外因有結構超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災害損壞影響等。

參考文獻：

[1]邢秀清.石拱橋常見橋型與病害分析[J]．山西建筑，2010，36（2）：334-335．

[2]姚國文.橋涵維護與加固技術[M].北京：人民交通出版社，2007：3.

[3]趙建良.橋梁裂縫機理及控制研究對策[D].西安：長安大學，2006．

[4]顧安邦，范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，1999：17.

[5]段莉麗.橋梁裂縫產生的原因分析及整治方案[J].太原鐵道科技，2009，6（28）：45-48．

[6]王海軍.混凝土橋梁裂縫產生原因研究[J].科技創新導報，2011，4（1）：29．

[7]江楠，胡明峰.橋梁裂縫產生原因淺析[J].交通科技，2012，10（10）：42-45.

[8]孫元桃.結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2009: 13-14.

責任編輯：孫蘇

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鑒于近期全國各地連續發生陽臺、挑檐等構件斷裂、垮塌事件，為避免此類事件在成都市發生，成都市建委在加強房屋建筑工程外部突出構件安全監管方面發出了專門《通知》。根據《通知》內容，成都城區范圍內將嚴禁對竣工驗收交付使用后的房屋建筑擅自增加外部突出構件。

（摘自：《成都日報》）

作者簡介：莊家智（1983-），男，漢族，重慶人，研究生，工程師，主要從事橋梁工程相關設計工作。

收稿日期：2015-11-08

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.01.061

中圖分類號：U445.7

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）01-0061-03