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談橋梁裂縫在道橋工程中的影響
摘要:本人結(jié)合多年參與公路橋梁現(xiàn)場施工工作實(shí)踐,對部分橋梁在建設(shè)過程中常見的一些裂縫類型進(jìn)行歸類總結(jié),通過查找原因分析問題,才能讓我們真正地了解各種裂縫的引發(fā)成因,進(jìn)而制訂防范措施,達(dá)到預(yù)防布控之目的。
關(guān)鍵詞:橋梁工程;結(jié)構(gòu)裂縫;裂縫類型;誘發(fā)原因
0 引言
在橋梁工程中混凝土橋梁縫的種類,就基其產(chǎn)生的原因,主要可劃分如下幾種:
1 荷載引起的裂縫
混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。
直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有:①設(shè)計(jì)計(jì)算階段,結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏算;計(jì)算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性;設(shè)計(jì)斷面不足;鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。②施工階段,不加限制地堆放施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)充驗(yàn)算等。③使用階段,超出設(shè)計(jì)載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。
次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有:①在設(shè)計(jì)外荷載作用下,由于結(jié)構(gòu)物的、實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算不考慮,從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。②橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等,在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算,一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明,受力構(gòu)件挖孔后,力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象,在孔洞附近密集,產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長跨預(yù)截?cái)噤撌?,設(shè)置錨頭,而在錨固斷面附近經(jīng)??梢钥吹搅芽p。因此,若處理不當(dāng),在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。
2 溫度變化引起的裂縫
①年溫差。一年中四季溫度不斷變化,但變化相對緩慢,對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移,一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào),只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫,例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月平均溫度的作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性,年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。②日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身的約束作用,導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大,出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。③驟然降溫。
突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表溫度突然下降,但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度突然下降,但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)橋資料進(jìn)行,混凝土彈性量不考慮折減。
3 收縮引起的裂縫
塑性收縮。在施工過程中、混凝土筑后4-5小時(shí)左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和分急劇,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成洞鋼筋方向的裂縫。
縮水收縮干縮。混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水逐步蒸發(fā),溫度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面民縮大、內(nèi)部收縮小的不均,鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂紋。
自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無且可以是正的(即收縮、如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在溫度505℃左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計(jì)算。
混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分表面裂縫,寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。
研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥土收縮性較高,普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單體積用量越大、磨細(xì)度越大,則混凝土收縮越大,且發(fā)生收縮時(shí)間越長。例如,為了提高混凝土的強(qiáng)度,施工時(shí)經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法,施工時(shí)經(jīng)常用強(qiáng)行增加水泥用量的做法,用不水量大?;鸹冶仍礁?,混凝土收縮越大。養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)方法可加速混凝土的水化反應(yīng),獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長,則混凝土收縮越小。對于溫度和收縮引起的裂縫,增配構(gòu)造鋼筋可用明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚20-60cm)。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋小距布置,全截面構(gòu)造配筋率宜低于0.3%,一般可采用0.3%-0.5%。
4 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較典型常見的有:①混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。②混凝土振搗不密實(shí)、不均勻、出一蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋誘蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。③混凝土流動(dòng)性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易發(fā)生裂縫,既塑性收縮性。④混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長,使水分發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。⑤混凝土分層或分段時(shí),接頭部位處理裂縫。⑥混凝土分層或分段時(shí),接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。⑦施工時(shí)拆模過程,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
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