桥梁裂缝产生原因浅析

桥梁裂缝产生原因浅析在桥梁建造和使使用过程中，有有关因出现裂裂缝而影响工工程质量甚至至导桥梁垮塌塌的报道屡见见不鲜。混凝凝土开裂可以以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰扰着桥梁工程程技术人员。其其实，如果采采取一定的设设计和施工措措施，很多裂裂缝是可以克克服和控制的的。为了进一一步加强对混混凝土桥梁裂裂缝的认识，尽尽量避免工程程中出现危害害较大的裂缝缝，本文尽可可能对混凝土土桥梁裂缝的的种类和产生生的原因作较较全面的分析析、总结，以以方便设计、施施工找出控制制裂缝的可行行办法，达到到防范于未然然的作用。l混凝土桥梁梁裂缝种类、成成因实际上，混凝土土结构裂缝的的成因复杂而而繁多，甚至至多种因素相相互影响，但但每一条裂缝缝均有其产生生的一种或几几种主要原因因。混凝土桥桥梁裂缝的种种类，就其产产生的原因，大大致可划分如如下几种：一、荷载引起的的裂缝混凝土桥梁在常常规静、动荷荷载及次应力力下产生的裂裂缝称荷载裂裂缝，归纳起起来主要有直直接应力裂缝缝、次应力裂裂缝两种。直接应力裂缝是是指外荷载引引起的直接应应力产生的裂裂缝。裂缝产产生的原因有有：1、设计计算算阶段，结构构计算时不计计算或部分漏漏算；计算模模型不合理；；结构受力假假设与实际受受力不符；荷荷载少算或漏漏算；内力与与配筋计算错错误；结构安安全系数不够够。结构设计计时不考虑施施工的可能性性；设计断面面不足；钢筋筋设置偏少或或布置错误；；结构刚度不不足；构造处处理不当；设设计图纸交代代不清等。2、施工阶段段，不加限制制地堆放施工工机具、材料料；不了解预预制结构结构构受力特点，随随意翻身、起起吊、运输、安安装；不按设设计图纸施工工，擅自更改改结构施工顺顺序，改变结结构受力模式式；不对结构构做机器振动动下的疲劳强强度验算等。3、使用阶段段，超出设计计载荷的重型型车辆过桥；；受车辆、船船舶的接触、撞撞击；发生大大风、大雪、地地震、爆炸等等。次应力裂缝是指指由外荷载引引起的次生应应力产生裂缝缝。裂缝产生生的原因有：：1、在设计外外荷载作用下下，由于结构构物的实际工工作状态同常常规计算有出出入或计算不不考虑，从而而在某些部位位引起次应力力导致结构开开裂。例如两两铰拱桥拱脚脚设计时常采采用布置“X”形钢筋、同同时削减该处处断面尺寸的的办法设计铰铰，理论计算算该处不会存存在弯矩，但但实际该铰仍仍然能够抗弯弯，以至出现现裂缝而导致致钢筋锈蚀。2、桥梁结构构中经常需要要凿槽、开洞洞、设置牛腿腿等，在常规规计算中难以以用准确的图图式进行模拟拟计算，一般般根据经验设设置受力钢筋筋。研究表明明，受力构件件挖孔后，力力流将产生绕绕射现象，在在孔洞附近密密集，产生巨巨大的应力集集中。在长跨跨预应力连续续梁中，经常常在跨内根据据截面内力需需要截断钢束束，设置锚头头，而在锚固固断面附近经经常可以看到到裂缝。因此此，若处理不不当，在这些些结构的转角角处或构件形形状突变处、受受力钢筋截断断处容易出现现裂缝。实际工程中，次次应力裂缝是是产生荷载裂裂缝的最常见见原因。次应应力裂缝多属属张拉、劈裂裂、剪切性质质。次应力裂裂缝也是由荷荷载引起，仅仅是按常规一一般不计算，但但随着现代计计算手段的不不断完善，次次应力裂缝也也是可以做到到合理验算的的。例如现在在对预应力、徐徐变等产生的的二次应力，不不少平面杆系系有限元程序序均可正确计计算，但在40年前却比较较困难。在设设计上，应注注意避免结构构突变（或断断面突变），当当不能回避时时，应做局部部处理，如转转角处做圆角角，突变处做做成渐变过渡渡，同时加强强构造配筋，转转角处增配斜斜向钢筋，对对于较大孔洞洞有条件时可可在周边设置置护边角钢。荷载裂缝特征依依荷载不同而而异呈现不同同的特点。这这类裂缝多出出现在受拉区区、受剪区或或振动严重部部位。但必须须指出，如果果受压区出现现起皮或有沿沿受压方向的的短裂缝，往往往是结构达达到承载力极极限的标志，是是结构破坏的的前兆，其原原因往往是截截面尺寸偏小小。根据结构构不同受力方方式，产生的的裂缝特征如如下：1、中心受拉拉。裂缝贯穿穿构件横截面面，间距大体体相等，且垂垂直于受力方方向。采用螺螺纹钢筋时，裂裂缝之间出现现位于钢筋附附近的次裂缝缝。2、中心受压压。沿构件出出现平行于受受力方向的短短而密的平行行裂缝。3、受弯。弯弯矩最大截面面附近从受拉拉区边沿开始始出现与受拉拉方向垂直的的裂缝，并逐逐渐向中和轴轴方向发展。采采用螺纹钢筋筋时，裂缝间间可见较短的的次裂缝。当当结构配筋较较少时，裂缝缝少而宽，结结构可能发生生脆性破坏。4、大偏心受受压。（大偏压破破坏的破坏特特征是受拉钢钢筋首先达到到屈服，然后后受压钢筋也也能达到屈服服，最后由于于受压区混凝凝土压碎而导导致构件破坏坏，这种破坏坏形态在破坏坏前有明显的的预兆，属于于塑性破坏，所所以这种破坏坏也称受拉破破坏。）大偏偏心受压和受受拉区配筋较较少的小偏心心受压构件，类类似于受弯构构件。5、小偏心受受压。(小偏压破坏坏是由受压区区混凝土的压压碎所引起的的。破坏时，压压应力较大一一侧的受压钢钢筋的压应力力一般都能达达到屈服强度度，而另一侧侧的钢筋不论论受拉还是受受压，其应力力一般都达不不到屈服强度度。构件在破破坏之前变形形不会急剧增增长，但受压压区垂直裂缝缝不断发展，破破坏时没有明明显预兆，属属脆性破坏，也也称受压破坏坏)小偏心受压压和受拉区配配筋较多的大大偏心受压构构件，类似于于中心受压构构件。6、受剪。当当箍筋太密时时发生斜压破破坏，沿梁端端腹部出现大大于45°方向的斜裂裂缝；当箍筋筋适当时发生生剪压破坏，沿沿梁端中下部部出现约45°方向相互平平行的斜裂缝缝。7、受扭。构构件一侧腹部部先出现多条条约45°方向斜裂缝缝，并向相邻邻面以螺旋方方向展开。8、受冲切。沿沿柱头板内四四侧发生约45°方向斜面拉拉裂，形成冲冲切面。9、局部受压。在在局部受压区区出现与压力力方向大致平平行的多条短短裂缝。二、温度变化化引起的裂缝缝混凝土具有热胀胀冷缩性质，当当外部环境或或结构内部温温度发生变化化，混凝土将将发生变形，若若变形遭到约约束，则在结结构内将产生生应力，当应应力超过混凝凝土抗拉强度度时即产生温温度裂缝。在在某些大跨径径桥梁中，温温度应力可以以达到甚至超超出活载应力力。温度裂缝缝区别其它裂裂缝最主要特特征是将随温温度变化而扩扩张或合拢。引起温度变化主主要因素有：：1、年温差。一一年中四季温温度不断变化化，但变化相相对缓慢，对对桥梁结构的的影响主要是是导致桥梁的的纵向位移，一一般可通过桥桥面伸缩缝、支支座位移或设设置柔性墩等等构造措施相相协调，只有有结构的位移移受到限制时时才会引起温温度裂缝，例例如拱桥、刚刚架桥等。我我国年温差一一般以一月和和七月月平均均温度的作为为变化幅度。考考虑到混凝土土的蠕变特性性，年温差内内力计算时混混凝土弹性模模量应考虑折折减。2、日照。桥面面板、主梁或或桥墩侧面受受太阳曝晒后后，温度明显显高于其它部部位，温度梯梯度呈非线形形分布。由于于受到自身约约束作用，导导致局部拉应应力较大，出出现裂缝。日日照和下述骤骤然降温是导导致结构温度度裂缝的最常常见原因。3、骤然降温。突突降大雨、冷冷空气侵袭、日日落等可导致致结构外表面面温度突然下下降，但因内内部温度变化化相对较慢而而产生温度梯梯度。日照和和骤然降温内内力计算时可可采用设计规规范或参考实实桥资料进行行，混凝土弹弹性模量不考考虑折减。4、水化热。出出现在施工过过程中，大体体积混凝土（厚厚度超过2.0米）浇筑之之后由于水泥泥水化放热，致致使内部温度度很高，内外外温差太大，致致使表面出现现裂缝。施工工中应根据实实际情况，尽尽量选择水化化热低的水泥泥品种，限制制水泥单位用用量，减少骨骨料入模温度度，降低内外外温差，并缓缓慢降温，必必要时可采用用循环冷却系系统进行内部部散热，或采采用薄层连续续浇筑以加快快散热。5、蒸汽养护或或冬季施工时时施工措施不不当，混凝土土骤冷骤热，内内外温度不均均，易出现裂裂缝。6、预制T梁之之间横隔板安安装时，支座座预埋钢板与与调平钢板焊焊接时，若焊焊接措施不当当，铁件附近近混凝土容易易烧伤开裂。采采用电热张拉拉法张拉预应应力构件时，预预应力钢材温温度可升高至350℃，混凝土构构件也容易开开裂。试验研研究表明，由由火灾等原因因引起高温烧烧伤的混凝土土强度随温度度的升高而明明显降低，钢钢筋与混凝土土的粘结力随随之下降，混混凝土温度达达到300℃后抗拉强度度下降50%，抗压强度下下降60%，光圆圆钢筋与混凝凝土的粘结力力下降80%；由于于受热，混凝凝土体内游离离水大量蒸发发也可产生急急剧收缩。三、收缩引起起的裂缝在实际工程中，混混凝土因收缩缩所引起的裂裂缝是最常见见的。在混凝凝土收缩种类类中，塑性收收缩和缩水收收缩（干缩）是发生生混凝土体积积变形的主要要原因，另外外还有自生收收缩和炭化收收缩。塑性收缩。发生生在施工过程程中、混凝土土浇筑后4~5小时左右，此此时水泥水化化反应激烈，分分子链逐渐形形成，出现泌泌水和水分急急剧蒸发，混混凝土失水收收缩，同时骨骨料因自重下下沉，因此时时混凝土尚未未硬化，称为为塑性收缩。塑塑性收缩所产产生量级很大大，可达1%左右。在骨骨料下沉过程程中若受到钢钢筋阻挡，便便形成沿钢筋筋方向的裂缝缝。在构件竖竖向变截面处处如T梁、箱梁腹腹板与顶底板板交接处，因因硬化前沉实实不均匀将发发生表面的顺顺腹板方向裂裂缝。为减小小混凝土塑性性收缩，施工工时应控制水水灰比，避免免过长时间的的搅拌，下料料不宜太快，振振捣要密实，竖竖向变截面处处宜分层浇筑筑。缩水收缩（干缩缩）。混凝土土结硬以后，随随着表层水分分逐步蒸发，湿湿度逐步降低低，混凝土体体积减小，称称为缩水收缩缩（干缩）。因因混凝土表层层水分损失快快，内部损失失慢，因此产产生表面收缩缩大、内部收收缩小的不均均匀收缩，表表面收缩变形形受到内部混混凝土的约束束，致使表面面混凝土承受受拉力，当表表面混凝土承承受拉力超过过其抗拉强度度时，便产生生收缩裂缝。混混凝土硬化后后收缩主要就就是缩水收缩缩。如配筋率率较大的构件件（超过3%），钢筋对对混凝土收缩缩的约束比较较明显，混凝凝土表面容易易出现龟裂裂裂纹。自生收缩。自生生收缩是混凝凝土在硬化过过程中，水泥泥与水发生水水化反应，这这种收缩与外外界湿度无关关，且可以是是正的（即收收缩，如普通通硅酸盐水泥泥混凝土），也也可以是负的的（即膨胀，如如矿渣水泥混混凝土与粉煤煤灰水泥混凝凝土）。炭化收缩。大气气中的二氧化化碳与水泥的的水化物发生生化学反应引引起的收缩变变形。炭化收收缩只有在湿湿度50%左右才能发发生，且随二二氧化碳的浓浓度的增加而而加快。炭化化收缩一般不不做计算。混凝土收缩裂缝缝的特点是大大部分属表面面裂缝，裂缝缝宽度较细，且且纵横交错，成成龟裂状，形形状没有任何何规律。研究表明，影响响混凝土收缩缩裂缝的主要要因素有：1、水泥品种、标标号及用量。矿矿渣水泥、快快硬水泥、低低热水泥混凝凝土收缩性较较高，普通水水泥、火山灰灰水泥、矾土土水泥混凝土土收缩性较低低。另外水泥泥标号越低、单单位体积用量量越大、磨细细度越大，则则混凝土收缩缩越大，且发发生收缩时间间越长。例如如，为了提高高混凝土的强强度，施工时时经常采用强强行增加水泥泥用量的做法法，结果收缩缩应力明显加加大。2、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。3、水灰比。用用水量越大，水水灰比越高，混混凝土收缩越越大。4、外掺剂。外外掺剂保水性性越好，则混混凝土收缩越越小。5、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。6、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。7、振捣方式及及时间。机械械振捣方式比比手工捣固方方式混凝土收收缩性要小。振振捣时间应根根据机械性能能决定，一般般以5~15ss/次为宜。时时间太短，振振捣不密实，形形成混凝土强强度不足或不不均匀；时间间太长，造成成分层，粗骨骨料沉入底层层，细骨料留留在上层，强强度不均匀，上上层易发生收收缩裂缝。对于温度和收缩缩引起的裂缝缝，增配构造造钢筋可明显显提高混凝土土的抗裂性，尤尤其是薄壁结构（壁壁厚20~600cm）。构造上上配筋宜优先先采用小直径径钢筋(φ8~φ14)、小间距布布置(@10~~@15cmm)，全截面构构造配筋率不不宜低于0.3%，一般可采采用0.3%~~0.5%。四、地基础变变形引起的裂裂缝由于基础竖向不不均匀沉降或或水平方向位位移，使结构构中产生附加加应力，超出出混凝土结构构的抗拉能力力，导致结构构开裂。基础础不均匀沉降降的主要原因因有：1、地质勘察精精度不够、试试验资料不准准。在没有充充分掌握地质质情况就设计计、施工，这这是造成地基基不均匀沉降降的主要原因因。比如丘陵陵区或山岭区区桥梁，勘察察时钻孔间距距太远，而地地基岩面起伏伏又大，勘察察报告不能充充分反映实际际地质情况。2、地基地质差差异太大。建建造在山区沟沟谷的桥梁，河河沟处的地质质与山坡处变变化较大，河河沟中甚至存存在软弱地基基，地基土由由于不同压缩缩性引起不均均匀沉降。3、结构荷载差差异太大。在在地质情况比比较一致条件件下，各部分分基础荷载差差异太大时，有有可能引起不不均匀沉降，例例如高填土箱箱形涵洞中部部比两边的荷荷载要大，中中部的沉降就就要比两边大大，箱涵可能能开裂。4、结构基础类类型差别大。同同一联桥梁中中，混合使用用不同基础如如扩大基础和和桩基础，或或同时采用桩桩基础但桩径径或桩长差别别大时，或同同时采用扩大大基础但基底底标高差异大大时，也可能能引起地基不不均匀沉降。5、分期建造的的基础。在原原有桥梁基础础附近新建桥桥梁时，如分分期修建的高高速公路左右右半幅桥梁，新新建桥梁荷载载或基础处理理时引起地基基土重新固结结，均可能对对原有桥梁基基础造成较大大沉降。6、地基冻胀。在在低于零度的的条件下含水水率较高的地地基土因冰冻冻膨胀；一旦旦温度回升，冻冻土融化，地地基下沉。因因此地基的冰冰冻或融化均均可造成不均均匀沉降。7、桥梁基础置置于滑坡体、溶溶洞或活动断断层等不良地地质时，可能能造成不均匀匀沉降。8、桥梁建成以以后，原有地地基条件变化化。大多数天天然地基和人人工地基浸水水后，尤其是是素填土、黄黄土、膨胀土土等特殊地基基土，土体强强度遇水下降降，压缩变形形加大。在软软土地基中，因因人工抽水或或干旱季节导导致地下水位位下降，地基基土层重新固固结下沉，同同时对基础的的上浮力减小小，负摩阻力力增加，基础础受荷加大。有有些桥梁基础础埋置过浅，受受洪水冲刷、淘淘挖，基础可可能位移。地地面荷载条件件的变化，如如桥梁附近因因塌方、山体体滑坡等原因因堆置大量废废方、砂石等等，桥址范围围土层可能受受压缩再次变变形。因此，使使用期间原有有地基条件变变化均可能造造成不均匀沉沉降。对于拱桥等产生生水平推力的结结构物，对地地质情况掌握握不够、设计计不合理和施施工时破坏了了原有地质条条件是产生水水平位移裂缝缝的主要原因因。五、钢筋锈蚀引引起的裂缝由于混凝土质量量较差或保护护层厚度不足足，混凝土保保护层受二氧氧化碳侵蚀炭炭化至钢筋表表面，使钢筋筋周围混凝土土碱度降低，或或由于氯化物物介入，钢筋筋周围氯离子子含量较高，均均可引起钢筋筋表面氧化膜膜破坏，钢筋筋中铁离子与与侵入到混凝凝土中的氧气气和水分发生生锈蚀反应，其其锈蚀物氢氧氧化铁体积比比原来增长约约2~4倍，从从而对周围混混凝土产生膨膨胀应力，导导致保护层混混凝土开裂、剥剥离，沿钢筋筋纵向产生裂裂缝，并有锈锈迹渗到混凝凝土表面。由由于锈蚀，使使得钢筋有效效断面面积减减小，钢筋与与混凝土握裹裹力削弱，结结构承载力下下降，并将诱诱发其它形式式的裂缝，加加剧钢筋锈蚀蚀，导致结构构破坏。要防止钢筋锈蚀蚀，设计时应应根据规范要要求控制裂缝缝宽度、采用用足够的保护层厚厚度（当然保保护层亦不能能太厚，否则则构件有效高高度减小，受受力时将加大大裂缝宽度）；；施工时应控控制混凝土的的水灰比，加加强振捣，保保证混凝土的的密实性，防止止氧气侵入，同同时严格控制制含氯盐的外外加剂用量，沿沿海地区或其其它存在腐蚀蚀性强的空气气、地下水地地区尤其应慎慎重。六、冻胀引起起的裂缝大气气温低于零零度时，吸水水饱和的混凝凝土出现冰冻冻，游离的水水转变成冰，体体积膨胀9%%，因而混凝凝土产生膨胀胀应力；同时时混凝土凝胶胶孔中的过冷冷水（结冰温温度在-78度以下）在在微观结构中中迁移和重分分布引起渗透透压，使混凝凝土中膨胀力力加大，混凝凝土强度降低低，并导致裂裂缝出现。尤尤其是混凝土土初凝时受冻冻最严重，成成龄后混凝土土强度损失可可达30%~~50%。冬冬季施工时对对预应力孔道道灌浆后若不不采取保温措措施也可能发发生沿管道方方向的冻胀裂裂缝。温度低于零度和和混凝土吸水水饱和是发生生冻胀破坏的的必要条件。当当混凝土中骨骨料空隙多、吸水性强强；骨料中含含泥土等杂质质过多；混凝凝土水灰比偏偏大、振捣不不密实；养护护不力使混凝凝土早期受冻冻等，均可能能导致混凝土土冻胀裂缝。冬冬季施工时，采采用电气加热热法、暖棚法法、地下蓄热热法、蒸汽加加热法养护以以及在混凝土土拌和水中掺掺入防冻剂（但但氯盐不宜使使用），可保保证混凝土在在低温或负温温条件下硬化化。七、施工材料质质量引起的裂裂缝混凝土主要由水水泥、砂、骨骨料、拌和水水及外加剂组组成。配置混混凝土所采用用材料质量不不合格，可能能导致结构出出现裂缝。1、水泥（1）、水泥安安定性不合格格，水泥中游游离的氧化钙钙含量超标。氧氧化钙在凝结结过程中水化化很慢，在水水泥混凝土凝凝结后仍然继继续起水化作作用，可破坏坏已硬化的水水泥石，使混混凝土抗拉强强度下降。（2）、水泥出出厂时强度不不足，水泥受受潮或过期，可可能使混凝土土强度不足，从从而导致混凝凝土开裂。（3）、当水泥泥含碱量较高高（例如超过0.6%），同时又又使用含有碱碱活性的骨料料，可能导致致碱骨料反应应。2、砂、石骨料料砂石的粒径、级级配、杂质含含量。砂石粒径太小、级级配不良、空空隙率大，将将导致水泥和拌和水用量加加大，影响混混凝土的强度度，使混凝土土收缩加大，如如果使用超出出规定的特细细砂，后果更更严重。砂石石中云母的含量较较高，将削弱弱水泥与骨料料的粘结力，降降低混凝土强强度。砂石中中含泥量高，不仅仅将造成水泥泥和拌和水用用量加大，而而且还降低混混凝土强度和和抗冻性、抗抗渗性。砂石石中有机质和和轻物质过多多，将延缓水水泥的硬化过过程，降低混混凝土强度，特特别是早期强强度。砂石中中硫化物可与水水泥中的铝酸酸三钙发生化化学反应，体体积膨胀2.5倍。3、拌和水及外外加剂拌和水或外加剂剂中氯化物等杂质质含量较高时时对钢筋锈蚀蚀有较大影响响。采用海水水或含碱泉水水拌制混凝土土，或采用含含碱的外加剂剂，可能对碱碱骨料反应有有影响。八、施工工艺质质量引起的裂裂缝在混凝土结构浇浇筑、构件制制作、起模、运运输、堆放、拼拼装及吊装过过程中，若施施工工艺不合合理、施工质质量低劣，容容易产生纵向向的、横向的的、斜向的、竖竖向的、水平平的、表面的的、深进的和和贯穿的各种种裂缝，特别别是细长薄壁壁结构更容易易出现。裂缝缝出现的部位位和走向、裂裂缝宽度因产产生的原因而而异，比较典典型常见的有有：1、混凝土保护护层过厚，或或乱踩已绑扎扎的上层钢筋筋，使承受负负弯矩的受力力筋保护层加加厚，导致构构件的有效高高度减小，形形成与受力钢钢筋垂直方向向的裂缝。2、混凝土振捣捣不密实、不不均匀，出现现蜂窝、麻面面、空洞，导导致钢筋锈蚀蚀或其它荷载载裂缝的起源源点。3、混凝土浇筑筑过快，混凝凝土流动性较较低，在硬化化前因混凝土土沉实不足，硬硬化后沉实过过大，容易在在浇筑数小时时后发生裂缝缝，既塑性收收缩裂缝。4、混凝土搅拌拌、运输时间间过长，使水水分蒸发过多多，引起混凝凝土塌落度过过低，使得在在混凝土体积积上出现不规规则的收缩裂裂缝。5、混凝土初期期养护时急剧剧干燥，使得得混凝土与大大气接触的表表面上出现不不规则的收缩缩裂缝。6、用泵送混凝凝土施工