桥梁结构裂缝形成机理分析及防治措施

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 桥梁结构裂缝形成机理分析及防治 措施 摘要：桥梁在建造施工过程中以 及在建成之后的使用中，其经常会出现 不同种类和形式、样式的裂缝。当下用 来建造和构筑桥梁结构物的原料主要是 混凝土。低等级公路和石材丰富地区也 用石材修建拱桥及桥梁墩台，本文将主 要围绕桥梁结构物产生裂缝的原理进行 分析，并研究其防治措施。 中国论文网 /2/view-12900270.htm 关键词：桥梁结构，裂缝，形成 机理，预防 治理 K928.78 伴随着交通业的迅猛发展，我国 桥梁建设应用日益普及和广泛。而桥梁 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 在施工及投入使用过程中会产生不同形 式的裂缝。其不但会影响工程结构本身 的质量，也会影响其使用时间，若裂缝 严重并得不到及时的防治与修整，甚至 会导致桥梁断裂、坍塌。 一、桥梁结构裂缝形成机理及设 计中的预防 （一）石砌桥梁结构裂缝形成机 理 裂缝的产生会对桥梁结构的持久 耐用性，美观程度以及桥梁的强度与刚 度方面产生不同的影响。石拱桥及石砌 桥梁墩台在上世纪八十年代以前修建较 多，但由于自重较大，施工周期长，在 当前高速公路及重要交通建设中已很少 使用，由于以前修建的绝大部分石砌桥 梁仍在运营，故分析其裂缝及产生机理 有重要意义。 由于石材抗压强度较高，主要用 于抗压结构中，但石材脆性大，当施工 采用石材强度较设计强度富余量不大时 就会很容易产生裂缝。且产生裂缝荷载 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 是相当接近或是几乎等于破坏荷载的， 所以当桥梁出现由荷载而产生的裂缝， 这是石砌桥梁结构破坏的前兆，应引起 高度重视。石砌结构产生机理主要有三 种： 1、沉降裂缝 这种形式的裂缝主要是因为地 基基础的沉降以及砌体的灰层沉降。基 础沉降发生的裂缝主要分为斜面裂缝、 水平裂缝、垂直裂缝。 该种裂缝在桥梁设计中应加强对 地基承载力及沉降计算，在地质情况有 变化时应根据桥梁宽度在横桥向设置沉 降缝，避免或减少不均匀沉降。 2、温度裂缝 石砌结构物受热不均匀，当温差 到了一定程度是就很容易产生裂缝，若 是温差相当大，甚至会导致砌体直接开 裂。 桥梁设计时，应验算温度应力和 截面强度，应明确提出构件完成合龙时 的气温情况，并严格要求施工单位按设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 计执行，在接近城镇居民区，注意防火， 不致火灾对桥梁引起破坏或严重开裂。 3、强度不足产生的裂缝 第三种是其强度的不足再加上荷 载也会产生裂缝。一般情况下，竖向的 荷载会发生竖向裂缝，与之相对应，受 到水平方向的荷载则会发生水平裂缝。 除此之外还有受弯，受到偏心压力，以 及水平受剪力所产生的各种不同样式的 裂缝。 此类裂缝是杜绝发生的，首先设 计时应明确材料的各种强度要求，并留 有规范规定的安全系数和富裕度；施工 时，施工单位在选取材料时首先应考虑 强度要求，并对材料样本送检测部门做 检测，达到要求方可安装。 混凝土桥梁结构裂缝形成机理 及设计中如何预防 混凝土桥梁结构也比较容易产生 裂缝，究其原因，主要是其自身的应力 所形成的裂缝和荷载形成的裂缝。 1、自身应力作用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 其自身的应力形成裂缝主要有两 种。 其一为收缩裂缝。混凝土在凝固 时，其水泥颗粒会与水分互相结合，水 分体积减小，还有一些水分会随之蒸发， 再加上混凝土在干燥过程是由表面逐渐 深入到内层，因而在混凝土内会出现含 水梯度。由此就会形成混凝土的表面收 缩性大，而相反的，内服收缩性较小的 不均匀的收缩，这种情形下，混凝土表 面将承受较大的拉力，而其内部却承受 较大的压力。当表面所承受的拉力超过 了其所能承受的最大限度，就会产生裂 缝。 在设计时在混凝土表面满足保护 层要求的情况下设置钢筋网，可限制此 类裂缝的发生和发生后的裂缝宽度。 其二为温度裂缝。水泥水化过程 中的放热，阳光的照射，周围空气环境， 周边温度等各种因素都会是混凝土产 生冷热变化，就会造成混凝土的收缩或 者膨胀，从而产生温度应力，并且当其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 超过了混凝土的强度时，也会造成裂缝。 一般来说，体积较大的混凝土结构，当 其受灌注之后会发生水化放热的过程， 由于其本身密度较大再加上缺乏妥善合 理的散热的措施，会使得其内部温度比 较高而造成内外温差很大，此种情况下 会很容易产生温度裂缝。若是在寒冷的 冬季施工，蒸气的养护不足，就会使混 凝土的骤冷骤热，表面与内部温差很大 而同样会造成温度裂缝。当构件比较长 并且其两侧同时被固定时，其温度会随 着周面的温度的不断变化而造成附加的 温度应力，当混凝土原有的内力与附加 的温度应力的合力超过了混凝土所能承 受的强度，也会产生破坏性裂缝。 在大体积混凝土浇筑时，可在混 凝土内埋置冷却管，降低水化热，对于 静定梁板等结构，设计时应严格按照规 范规定，对温度梯度引起的应力进行计 算，对超静定结构，还应计算气温温差 引起的附加应力，并配置适量钢筋来控 制。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 当新旧混凝土同时使用时，其接 头的垂直方向也很容易发生裂缝，而这 类裂缝主要是在水泥水化放热过程中产 生的。除此之外，在安装预制构件时， 如果焊接铁件采取的方式及措施不当， 也会造成混凝土的裂缝。此种裂缝可通 过提高施工精度和工艺解决。 2 、荷载作用 混凝土在荷载作用下裂缝的形成 机理要比在其自身应力下形成的机理复 杂一些，主要有以下五种形式。 第一种为弯曲裂缝。对于受弯和 压弯构件来说，弯曲裂缝会最先出现在 其弯矩的最大截面上的受拉区。对于梁 板结构来说，其正弯矩裂缝处在其跨中 位置，并且是自底边开始慢慢向上扩展， 相对的，其负弯矩的裂缝则主要是居于 连续或者是悬臂梁板支座的附近，并且 是自顶上渐渐向底边延伸。荷载作用越 大，其形成的裂缝的宽度也会随之日益 增大，并且还会逐步的从中间区域向两 边延伸。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 第二种为剪切裂缝。顾名思义， 其裂缝首先会在其承受最大剪应力的位 置，对于压弯和受弯构件来说，此种裂 缝通常发生在其支座周围，并且从底部 开始，向一定角度延伸裂开。而荷载作 用的不断增强，使得其裂缝的长度和宽 度也会不断加长，加宽并且加深。 第三种为断开裂缝。受到荷载的 不断影响，受拉构件所产生的裂缝一般 都是从正截面不断延伸扩展，并且裂缝 与裂缝之间的距离遵循一定的规律。 第四种为扭曲裂缝。这种裂缝也 有一定规律可循，因为期一般是沿 45 度的倾斜方向，并且在此种情形下会产 生多条裂缝，并且导致混凝土外部的保 护层逐步剥落，最终，改由桥梁结构内 部的钢筋承受扭曲所产生的巨大压力， 当钢筋无法承受时，就会导致其结构的 毁损与破坏。在荷载作用下，还会引起 混凝土局部应力变化，而此种变化无疑 也是造成裂缝的重要成因。在墩台的支 座位置受到很大的压力时，构件随之也 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 会受到巨大冲击而承受巨大的局部应力， 最终导致裂缝的产生。 对于由荷载引起的裂缝，设计中 一般可通过精确的受力计算和合理的钢 筋钢束配置而控制的， 混凝土桥梁结构裂缝形成原因， 除了以上主要的两种外，还有一些其他 人为原因。如工程师可能对地质探测精 度不够准确或者实验资料发生错误，导 致对地质情况的错误反映，而使得地基 发生沉降导致裂缝。再者，如果用来建 造桥梁的混凝土原材料质量不合格，例 如水泥过潮甚至过期，就会导致混凝土 的强度弱，从而造成开裂，开裂不断向 横向纵向加深加宽，也会导致裂缝的形 成。 二、裂缝治理措施 虽然在结构设计时已考虑了裂 缝的产生以及其宽度，但由于设计计算 的偏差和施工精度的影响，以及车辆超 载等不可预知的原因，仍有一些桥梁出 现裂缝或宽度超限。当出现此类情况是， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 应当及时探究其原因，增强观测并且要 定期检查，通过对裂缝形成机理的分析， 积极寻求对策，并采取有效持续的防治 措施，保证桥梁结构的完整与正常持久 的使用。对裂缝的维修、治理措施有以 下几种： （一）表面封闭修补法 主要是有填缝、表面抹灰或喷浆 以及凿槽嵌补四种方式。填缝是修理砖、 石结构物形成的裂缝的一种操作最为简 便的方法。具体操作时，首先要将裂缝 的缝隙清理，然后根据其宽度的不同而 是用不同的工具进行操作，使用的会将 一般采用 1:2.5 或者 1:3 的水泥砂浆。 填缝对于砖石桥梁的美观以及耐用方面 会起到作用，还要通过表面抹灰增强砌 体的强度以及结构的整体性。凿槽嵌补 主要是沿着裂缝凿开一条较深的槽，通 过在槽中填充或嵌补一些黏胶物来实现 裂缝的封闭，起到防止其延伸扩展的作 用。 （二）压力灌浆修补方式 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 顾名思义，是指通过在外部施加 一定压力，将某种特定的浆液灌入到其 内部的裂缝中，从而达到裂缝的封闭与 闭合，通过此种方法恢复其结构的强度 和抗渗性，最终延长桥梁的使用寿命， 使得其价值得到最大的体现。这种方式 主要在裂缝数量较多或者结构空隙较大 的场合应用，它主要有水泥灌浆和化学 灌浆两种主要方法。水泥灌浆主要分为 六个流程。特别要注意的是每一个流程 中都要遵守严格的操作和施工规范，否 则就不能起到有效地作用。值得一提的 是，若采用化学原料制成的浆液作为材 料，对于裂缝的修补会产生良好效果。 并且施工简单，操作比较方便，因此其 利用日趋普及。但使用化学原料是由于 其本身的化学元素可能对人体或是周边 环境造成一定影响，因此要做好皮肤的 保护、密封以及周边环境的保护措施。 表面粘贴方法 此种修补方法相对简单，主要是 通过胶粘物将钢板或者玻璃布粘到裂缝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 表面，以实现封闭裂缝的效果。 除了上述总结的几种方法外，还 应当注意加强对桥梁的表面保护，如对 于混凝土建造的桥梁，对其表面应当及 时的使用草席或者草袋进行覆盖，并且 注意蓄水养护，尤其是寒冷季节最好采 用保温防冻措施加强保暖，保护混凝土 的表面，避免混凝土内外温度差别巨大。 此外，施工人员应当做好模板、支架以 及构建的支撑和地基的处理，客观、详 尽、准确的对周边地质进行分析，确保 不发生地基的沉降或者移位。同时，施 工人员还要进行一定措施防止钢筋出现 锈蚀，这就要求设计人员按照规范的具 体要求严格控制裂缝的宽度，保持保护 层的厚度，在施工过程中，做好混凝土 的水灰化工作，加大振捣的强度，最大 限度保证混凝土的封闭，密实和结构的 完整。 结语： 我国基础设施建设发展迅速，桥 梁的建设使得我