對T梁U型裂縫的探討分析

張志偉

摘要：裂縫是橋梁運營過程中最常見的病害，也是反應橋梁狀況是否良好的最重要指標。裂縫產生的因素較多且較為復雜，能夠通過裂縫產生的位置、形態等特征判斷是否對橋梁結構有較為重要的影響，是橋梁檢測人員必備的基本技能。本文通過對T梁U型裂縫的形態特征、裂縫間距等方面進行詳盡的探討，分析裂縫形態原因、裂縫間距原因等，以及探討了此類裂縫對結構的影響，從而全面認識此裂縫，為廣大橋梁檢測工作者提供一個合理參考，以便做出合理、正確的評估。

Abstract： Crack is the most common damage in the bridge operation， and it is also the most important indicator of bridge condition. The factors of crack are more and complex. It is the basic skill of bridge inspection personnel to determine whether the bridge structure has a more important influence through the location， shape and other characteristics of the crack. Through the detailed discussion of the shape characteristics and crack spacing and other aspects of U type crack in T beam， this paper analyzes the reasons of crack shape and crack spacing and so on， and discusses the influence of such cracks on the structure， so as to fully understand the cracks， to provide a reasonable reference for the majority of bridge testing workers in order to make a reasonable and correct assessment.

關鍵詞：T梁；U型裂縫；裂縫形態；裂縫間距

Key words： T beam；U type crack；fracture morphology；crack spacing

中圖分類號：U445.57 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0105-03

0 引言

自上世紀80年代以來，伴隨著我國經濟建設的快速發展，我國公路交通基礎設施建設及其重要組成部分的橋梁事業均取得了巨大成就：截止到2013年底，我國公路總里程已達435.62萬公里，全國公路橋梁達73.53萬座，其中中小橋達到近65萬座[1]，所占比例高達88.4%。作為中小跨徑橋梁的主要結構形式——普通鋼筋混凝土T梁在運營過程中面臨由多種因數所引發的各種病癥，其中由載重所引起的U型裂縫作為其重要代表。本文通過對此裂縫形態特征、裂縫間距等分析，采取一定的設計、施工措施，裂縫能夠得到有效控制。

1 普通鋼筋混凝土U型裂縫

普通鋼筋混凝土T梁是中小跨徑橋梁的主要結構形式，其在運營過程中產生的U型裂縫是較為普遍的一種裂縫形式，具體表現為：在支座附近兩三米范圍內呈現出斜向上約為60°裂縫，逐步向跨中變為典型豎向U型裂縫且，這種U型裂縫形態及裂縫間距均較為有規律，見圖1。

1.1 裂縫形態特征

①裂縫形態。

跨中豎向U型裂縫主要形態表現為：腹板裂縫寬度兩端小、中間大，底板和腹板靠近翼緣板有較為細小裂縫，其間裂縫寬度大，兩側腹板裂縫基本對稱且與底板相連，形成一個U字形狀，故稱為U型裂縫；這種裂縫主要是由于構件受力所產生，其裂縫形態故與截面配筋及受力相關。

②裂縫形態成因。

作為受彎構件，截面中性軸以下受拉（會產生裂縫），上部分受壓（不會產生裂縫），由于截面底面配有受拉鋼筋，當混凝土開裂后受拉鋼筋進入工作狀態，此處雖然拉應力最大但由于有鋼筋作用，裂縫在寬度上也表現得較窄；沿截面向上，一般距離400mm左右才會配置一道縱向鋼筋（腰筋），在沒有縱向鋼筋區域雖拉應力較小但由于沒有鋼筋，其裂縫寬度也表現的較為寬，繼續向上則是設置縱向鋼筋（腰筋）或接近受壓區，此時是由于拉應力很小或接近于0，故裂縫寬度表現的窄，整個形態就如同嘴唇一樣“兩端窄，中間寬”——嘴唇縫，如圖2。

1.2 裂縫間距規律

1.2.1 理論分析

粘接—滑移法[2]認為，當構件的最薄弱面上出現首批裂縫（圖中①）時，此時裂縫間距很大。裂縫所在截面混凝土退出工作，全部軸力由鋼筋承擔，應力突增，裂縫兩側的局部發生相對滑移；離裂縫①之外，在粘接長度之外各截面都有可能出現第二批裂縫（圖中②），同樣也發生在相對薄弱截面。故呈現出多條裂縫形態。

綜合表1、表2可以得出，裂縫間距分布在一定范圍內；對不同混凝土等級及鋼筋型號，在最小配筋率ρmin時，裂縫間距范圍為158mm-217mm；當在最大配筋率ρmax時，裂縫間距范圍為57mm-81mm。對相同混凝土等級及鋼筋型號在最小和最大配筋率范圍時，裂縫間距分布范圍更小，例如：當為C30混凝土、HRB335鋼筋時，其裂縫間距約為60mm-179mm。

1.2.2 工程實際

該梁體采用直徑為25mm的HRB335鋼筋，采用C35混凝土，T梁U型裂縫間距約為15-20cm之間，呈現出較為規律分布。

1.2.3 成因分析

由理論分析，在鋼筋等級、混凝土等級及相應配筋率不確定情況下，裂縫間距處于一定的范圍之內。在這一范圍內，但具體可能開裂的位置還應該由某處相對薄弱截面決定，兩相對薄弱截面開裂距離則是裂縫間距。

梁體開裂部位在構件薄弱位置，筆者通過對開裂處采用鋼筋探測儀進行探測發現，裂縫位置幾乎為箍筋所在位置，而梁體受彎配置箍筋間距一般為150mm-200mm，正與裂縫間距基本一致，故開裂處即為鋼筋所在位置，也是構件的薄弱處所在。這就合理解釋了裂縫間距呈現出的規律性。箍筋位置為相對薄弱截面主要有以下原因：

①箍筋處截面的混凝土保護層相對較薄；

②從施工工藝方面，施工振搗由于靠近鋼筋位置，操作人員擔心振搗對箍筋有影響而不在靠近箍筋位置振搗，此處混凝土則相對不夠密實。

2 U型裂縫對構件的影響

未開裂時，鋼筋與混凝土共同作用，此時二者應力相等且較小，混凝土抗拉強度約為1-2MPa，當超過此值時，混凝土則會出現開裂；混凝土開裂后，裂縫處原混凝土承擔的拉應力全部轉移到由鋼筋承擔，此時才能發揮鋼筋抗拉性能優勢。

對結構承載力而言，開裂雖然削弱了截面剛度，但規范是允許鋼筋混凝土梁帶裂縫工作的，但對裂縫寬度規定了一定限值，如《城市橋梁養護技術規范》CJJ99-2003規定限值為0.2mm，《公路橋涵養護規范》JTG-H11-2001規定限值為0.25mm；當裂縫寬度小于規范規定限值可認為對承載力影響不大。

對結構耐久性而言，開裂對構件耐久性有較大影響[4]，主要有：①使結構剛度軟化出現大的變形。如果混凝土出現裂縫，將有部分混凝土退出工作，從而減弱構件剛度，影響結構的正常使用；②影響外觀：隨著裂縫的發展致使混凝土構件外表裝飾層脫落；③加快混凝土材料的裂化和內部鋼筋的腐蝕。加速構件抗力劣化，出現承載力不足安全性破壞。相比之下，前兩者對T粱結構耐久性的影響不大，應主要考慮裂縫對混凝土腐蝕和內部鋼筋腐蝕的影響。圖5給出了T梁結構中裂縫與腐蝕的相互關系。

3 小結

U型裂縫是鋼筋混凝土T梁最常見裂縫，本文通過對此裂縫形態的研究探討，裂縫間距的理論分析，實際情況描述等，將U型裂縫形態原因、裂縫間距原因進行了詳盡的闡述；在對結構影響方面，此種裂縫在寬度值小于規范規定的限值情況下，雖對構件安全性影響不大，但對結構耐久性十分不利。在設計階段，腹板布置合理的縱向鋼筋，施工階段對箍筋所在薄弱截面的精細施工，裂縫能夠得到有效控制；此外，中小跨徑橋梁采用預應力梁或者采用交通部推廣的中小橋梁鋼橋結構也能有效避免此類病害的產生。

參考文獻：

[1]交通運輸部綜合規劃司.2013年交通運輸行業發展統計公報[EB/OL].2014-5-13.

[2]過鎮海.鋼筋混凝土原理和分析[M].清華大學出版社，2003.

[3]劉巖.鋼筋混凝土梁的合理縱向配筋率[D].廣東茂名：茂名學院建筑工程系，2003.

[4]葉建湘.裂縫對T梁結構耐久性影響及其模糊評價[D].山西建筑，2007.