空心板桥病害与加固参数分析.doc

分类号:U44，U4510710-2011221025专业硕士学位论文空心板桥病害与加固参数分析赵 晖导师姓名职称梅葵花 副教授专业学位类别及领域名称申请学位级别硕士建筑与土木工程论文提交日期 2013年4月25日 论文答辩日期 2013年6月10日学位授予单位长安大学 Analysis on Disease and the ReinforcementParameters of Hollow Slab BridgeA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：Zhao HuiSupervisor：Prof. Mei KuihuaChangan University, Xian, China 摘要空心板桥的造型简单、施工简便、工程造价低，是我国桥梁建设中经常采用的一种桥型。由于设计、施工、养护等原因和设计标准的改变，有很大一部分桥梁不能满足当前大交通运输的要求。在役的空心板截面桥梁已经出现不同程度的缺陷和损伤，需要采用恰当的加固措施来提高原桥梁的承载能力和运营能力，增长桥梁的使用年限，以满足交通发展的需要。因此，空心板桥病害成因分析与加固技术的研究具有重要意义。针对空心板桥的病害成因做出了各方面的分析，研究了原材料的物理化学特性、空心板截面结构形状、空心板桥的荷载横向分布理论以及其他设计、施工、运营的因素造成空心板桥产生病害。分析了空心板桥裂缝、铰缝病害和钢筋锈蚀的原因对于空心板的病害情况，主要有三种有效的加固方法：增大截面加固、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维加固，对于某国道 13m和 6m跨径的钢筋混凝土空心板桥需要提高荷载等级的实例，分析各种加固方法的效果，提出合理可行的旧桥加固方案和设计建议，验证加固方法的实用性和可靠性。最后提出空心板桥加固有关的施工工艺，影响粘贴效果的因素。以及针对结构病害和加固有关的建议，为空心板桥的设计、施工和加固提供了有效的依据和理论基础。关键词：空心板 病害 裂缝 增大截面钢板碳纤维I Abstract Hollow slab bridge has advantages of simple structure, convenient construction andlow engineering cost,which is often used in bridge construction in our country. Due toreasons such as design, construction, maintenance, and the changes of design standard,there are quite a number of bridges cant satisfy the requirement of the current bigtransportation.Different degrees of defects and damage has been found in hollow slabbridge in service. We need to adopt proper reinforcement measures to improve the bearingcapacity and traffic capacity of the original bridge, prolong the service life of bridges,tomeet the needs of the modern transportation.Therefore, Hollow slab bridges diseaseanalysis and reinforcement technology research has important significance.In this paper ,in view of the hollow slab bridge diseases has made the various aspectsof analysis, studied the physical and chemical properties of raw materials, the structure ofthe hollow slab cross section shape, load transverse distribution theory of the hollow slabbridge and design, construction and operation factors causing disease in hollow slab bridge.Analyzed the cause of crack, hinge joints disease and rebar corrosion of hollow slab bridgeAccording to the disease condition of hollow slab, there are three main kinds ofeffective reinforcement methods: enlarged cross section and pasting steel plate reinforce-ment, paste carbon fiber reinforcement.To one national highway 13 m and 6 m reinforcedconcrete hollow slab bridge load level instance need to improve, analysis the effect ofvarious reinforcement methods, propose feasible old bridge reinforcement scheme anddesign suggestions, verify the practicability and reliability of the reinforcement method.Finally bring forward the construction technology of hollow slab bridge reinforce-ment on, factors affecting the effects of pasteand propose in view of structure diseases andstrengthening relevant advice, provides effective basis and theoretical basis for the design,construction and reinforcement of the hollow slab bridge.Keywords: hollow slab disease crack enlarged cross section steel platecarbonfiberII 目录第一章绪论 .11.1空心板桥发展现状 .11.1.1空心板桥的结构形式 .11.1.2空心板桥的特点 .31.2空心板桥加固维修研究概况 .41.2.1增大截面加固法 .41.2.2粘贴钢板加固法 .51.2.3粘贴纤维复合材料加固法 .51.2.4改变结构体系加固法 .61.3研究背景及研究意义 .71.4本文主要研究内容 .7第二章空心板桥病害类型及原因 .82.1病害成因分析 .82.2裂缝 .92.2.1非结构性裂缝 .102.2.2结构性裂缝 .112.3铰缝 .132.3.1铰缝的构造及病害 .132.3.2铰缝病害的原因 .142.4钢筋锈蚀 .162.4.1钢筋锈蚀的原因 .162.4.2钢筋锈蚀对混凝土梁的影响 .172.5本章小结 .17第三章空心板桥加固有限元分析 .183.1有限元分析方法 .183.1.1有限单元法的基本概念 .183.1.2钢筋混凝土结构和加固材料的本构关系 .193.1.3非线性分析 .233.2增大截面 .263.2.1概述 .263.2.2加固计算理论 .273.2.3增大截面加固实例分析 .30III 3.3粘贴钢板. 353.3.1概述. 353.3.2加固计算理论. 363.3.3粘贴钢板加固实例分析. 383.4粘贴碳纤维. 433.4.1概述. 433.4.2加固计算理论. 443.4.3粘贴碳纤维片材加固实例分析. 473.5本章小结. 52第四章空心板桥加固工艺. 534.1锚喷混凝土增大截面加固. 534.1.1锚喷混凝土加固的方法. 534.1.2影响锚喷混凝土粘结效果的研究. 544.2粘贴钢板加固. 554.2.1粘贴钢板加固方法和机理. 554.2.2影响粘钢性能的研究. 564.3粘贴碳纤维片材加固. 574.3.1粘贴碳纤维片材加固方法和机理. 574.3.2影响粘贴碳纤维片材性能的研究. 594.4本章小结. 59结论. 61参考文献. 63致谢. 66IV 长安大学硕士学位论文第一章绪论1.1空心板桥发展现状空心板的截面形式适用于钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，可以在工厂预制装配，是公路桥梁中使用最广的桥型。根据不同的需要可以设计成简支梁和连续梁的形式，空心板由于内部挖空较大可以降低很大的恒载从而提高跨越能力，同时可以降低建筑高度，减少材料，经济效益较好。而且空心板桥施工技术较为成熟，可以满足各种城市高架、高速公路的要求，可以做成坡桥、弯桥、斜桥。与 T梁、箱梁相比具有节省资金，结构简单，计算不容易出错，并且有非常成熟的标准图和设计、施工经验。1824年，英国人发明了波特兰水泥。从 19世纪 80年代起，欧洲的科学工作者们就开始对钢筋混凝土的板、梁等结构进行模型试验研究和深入的理论分析。由于梁桥跨径受到自重的限制，为了适应跨径的增加，其横断面的形式从简单的板式发展到肋式，直到空心板的形式。1928年，预应力混凝土在法国发明，研究者弗莱西奈这一项发明，对桥梁的设计和施工产生了深远影响。预应力技术的诞生，使得桥梁的受力形式发生了很大改变，带动了高强材料的发展，使结构自重大幅减小，桥梁的跨径也越做越大。我国的梁板式桥梁，由于受到施工工艺水平的限制，很长时间采用钢筋混凝土实心结构。自上世纪 60 年代，国人学习和掌握了木制芯模和抽芯的工艺，空心板截面才正式引入桥梁建设中来。至 80 年代，预应力技术日趋成熟，大量的预应力空心板桥梁被广泛使用。1.1.1空心板桥的结构形式1、立面布置立面布置上，有简支和连续两种形式。简支板的受力形式很简单，属于静定的结构，可以现浇也可以预制，需要在两端设置伸缩缝，这样就会造成行车不连续，产生颠簸。连续板桥可以就地支架现浇，由于减少了伸缩缝使得行车更加舒适，其支点负弯矩较大使得跨中正弯矩值减少，可以减少跨中的截面尺寸减少材料使用降低自重，但是在温度变化和基础变位的影响下会产生次内力。另外可以通过先简支后连续的方式实现连1 第一章绪论续的形式，先按简支梁预制施工，然后用湿接缝将相邻的梁连接，并在墩顶张拉负弯矩预应力筋，以抵消活载和徐变产生的墩顶处的负弯矩。2、横断面图 1.1 空心板横截面形式空心板梁的挖洞型式很多，通常采用圆形、圆端形、矩形 、顶部为拱形侧面和底uK + Kb（Ku为上核心距，Kb为下核心距）来h面为直线形。一般用截面抗弯效率指标 r =评定截面是否经济合理，空心板截面的抗弯效率指标常为 0.40.55，即采用最小的截面面积达到最大的抗弯效果。对于圆形挖空截面常采用橡胶气囊、其他截面可采用装配式钢模板。图 1.2预制空心板内模在市政桥梁和有通航净空要求的河道以及跨越铁路公路的桥梁，由于桥头引道纵坡的限制，桥面标高不能过高，而空心板截面在降低梁高方面有很大的优势。随着设计和施工经验的积累，空心板的截面形式也在不断的发展变化。普遍采用降低空心板的高度，增加板宽的方式，可以减少梁的片数，减少材料用量，降低恒载重量。3、主梁与下部结构的构造关系主梁与下部结构联系可以采用墩梁分离的方式，需要在墩顶设置支座。也可采用墩梁固结的形式，可以避免支座安装以及日后更换的麻烦。墩梁分离的支座布置形式有单排和双排两种。双排支座可以消减墩顶处的负弯矩，同时减少了简支变连续更换支座这2 长安大学硕士学位论文一步骤。图 1.3 主梁与下部的构造关系4、装配式空心板横向联结方式为了使各片装配式板协同工作承受车辆荷载，必须设置满足一定强度的横向连接。空心板的横向连接方式主要有企口混凝土铰连接和钢板焊接连接6。1）企口混凝土铰连接混凝土企口铰连接主要有两种方法：(1)空心板梁吊装就位之后，用 C30 以上的细集料混凝土灌入进铰内，振捣密实后即形成混凝土铰；(2)在板铰缝内绑扎钢筋骨架，并与预制板内伸出的钢筋绑扎或焊接，再浇筑混凝土振捣密实后形成铰。对于采用何种形式的铰，应根据荷载大小所决定。2）钢板连接受到混凝土龄期的影响，企口混凝土铰需要养生一段时间才能达到足够强度，因此通车时间较晚，可以采用钢板连接的方式加快工程进度。在梁预埋两片钢板 N2，再用另一块钢板 N1焊接在两块板上，从而达到连接的目的。钢板连接要间隔一段距离，一般为 0.801.50m，跨中部分弯矩较大故布置密度较大，两端布置较疏。1.1.2空心板桥的特点空心板在高等级公路、城市桥梁及一般公路中广泛使用。特别在平原地区，由于受到跨越障碍物净空的要求，并且纵坡不宜过大，需要降低建筑高度，提高经济效益。空心板具有构造简单，工艺成熟；可预制装配，施工简便，质量便于控制；体积小，重量轻，便于吊装；建筑高度小；破坏后易修复。对于采用挖空率较大的预应力混凝土空心板，其横向的应力较大，在车轮荷载作用下容易产生纵向裂缝，且在预应力放张后会产生较大的上拱和徐变变形。采用先张法的预应力混凝土空心板不需要锚具，构件截面较小，但是需要专门的张拉台座；后张法预3 第一章 绪论应力混凝土空心板由于锚具的尺寸较大，故需要采用较大的截面尺寸，较先张法的空心板截面尺寸较为笨重。空心板截面与T形截面以及箱型截面相比具有外形美观，建筑高度小，模板少，施工简便质量容易保证，建设工期较短，经济效果明显。1.2空心板桥加固维修研究概况桥梁结构由于种种原因不能满足使用的安全性、耐久性要求，经过检测与试验，破损严重者，必须进行加固处理。旧桥加固技术通过对桥梁结构的补强和改善结构性能，达到恢复和提高桥梁承受荷载的能力、延长其使用寿命、满足现代交通发展的目的。根据国内外已有的经验，旧桥加固技术基本上有三种类型：加强薄弱构件；增加或更换桥梁构件；改变结构受力体系等。对旧桥进行加固，应根据桥梁状况的不同，采用不同的方法，但各种加固方法都应遵循以下原则：（1）尽量避免对原结构造成损伤（2）技术可靠，具有长期加固效应，能满足结构耐久性要求；（3）施工设备简单，施工操作方便；（4）材料用料少，费用低；（5）养护工作量少；（6）加固施工时尽量不中断交通。1.2.1增大截面加固法增大截面加固法是在构件顶面或底面增大截面尺寸，并配置受力钢筋，使原截面的有效高度增高、受力钢筋面积增大，并能提高构件的刚度和承载能力。通常对结构物的顶面、底面和侧面进行加固，可以提高结构刚度，增大延性，提高承载能力。对于受拉区混凝土产生裂缝，或者抗弯承载能力不够的梁，可以在梁底或侧面挂设钢筋网，然后喷播或浇注混凝土，可以使梁的抗弯截面增大，以提高梁的承载力。如果桥面板较薄、桥面板承载能力不够，不能较好的传递荷载给主梁，或者铰缝破坏不能横向传递共同受力的情况，可通过在桥面板铺装钢筋混凝土，从而增大结构受压区的面积，能够更均匀的分布车辆荷载。4 长安大学硕士学位论文增大截面加固法实际上属于被动加固的方法，对于构件原截面来说不但要承受加固前的恒载、活载的作用，加固后的荷载也要承担，而新增加部分截面，只承受加固后的荷载作用。因此要把受压区和受拉区的混凝土和钢筋的应力要按两次受力考虑，第一次受力由原截面混凝土和钢筋承担，而第二次受力由新增部分截面承担。增大截面加固主要有以下两种方式：1、加厚桥面板加固将原有桥面铺装或者整体化层拆除，在原桥面系上浇筑钢筋混凝土面层，以提高桥梁结构的抗弯刚度和承载力，加强了桥面板的横向联系。此方法适用于多板梁体系或者梁体净空受到限制。这种方法加厚了桥面，恒载随之增加，故通常只在跨径较小的空心板桥加固中使用，对于较大跨径的空心板梁增大了自重反而降低了承载能力。2、增大受拉区梁截面法增大受拉区梁截面主要将空心板梁的底板加厚，以增大梁的受拉区面积，并且在新增断面中增设普通钢筋或预应力钢筋。为了保证较好的加固效果，可以在梁底凿毛混凝土，并锚挂钢筋网，浇筑混凝土，使得新旧混凝土能够更好的协同工作。1.2.2粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法是将钢板粘贴在混凝土结构物表面上，提高构件承载力的一种方法。对于抗弯承载能力不足的构件可以将钢板粘贴在梁底，对于抗剪能力不足的构件可以在梁的腹板粘贴钢板，通过环氧树脂或者建筑结构胶使之与被加固结构物形成整体并共同受力，可以提高结构物的刚度，提高承载能力，抑制裂缝的法展，而达到补强效果的一种加固方法。粘贴钢板加固法源于 20世纪 50, 60年代，在瑞士和德国产生。研究者采用环氧树脂将钢板粘贴于混凝土梁的底面，发现对于提高梁的承载能力有较好的效果。进入 70年代后，各种建筑结构胶相继问世，提高了钢板与混凝土的粘贴效果，保证了粘贴质量，粘贴钢板加固的技术随之不断发展起来。1.2.3粘贴纤维复合材料加固法粘贴纤维复合材料加固法是采用环氧树脂或建筑结构胶，将纤维复合材料粘贴在被加固构件的表面，使之与被加固构件形成整体共同受力，从而提高构件承载力及延性等5 第一章 绪论的一种加固方法。纤维复合材料简称为 FRP，主要有这几种：玻璃纤维（GFRP）、碳纤维（CFRP）和芳纶纤维(AFRP)。玻璃纤维价格便宜，但强度较低，耐老化性能较差，用于重要结构的加固往往不太理想。芳纶纤维的优点是重量轻、施工工艺好、价格便宜，但最大缺点是抗拉强度和抗剪强度都明显低于碳纤维复合材料。碳纤维具有拉伸强度高、弹性模量大、质量轻、耐高温、耐酸碱腐蚀等优良性能，被广泛应用于航空航天、军工、建筑领域。碳纤维布最早使用于桥梁加固的案例为 1985年瑞典人 Meier加固的 Ebach桥梁，发现此种材料对于桥梁加固有着良好的效果。日本阪神地震后使用碳纤维布对震后的桥墩进行加固，效果快速显著。我国使用碳纤维复合材料加固桥梁发展较晚，但是发展迅速。1.2.4改变结构体系加固法1、简支梁改变为连续梁通过将相邻两个梁的梁端固结，或者是在桥跨中间增加桥墩或支撑等措施，使受力体系由原来的简支转变为连续，减少了跨中的正弯矩，提高结构承受活载的能力，并且减少伸缩缝数量，提高行车舒适度。实现简支变连续的方法有三种：梁端固结法，加辅助墩法，八字支撑法。图 1.4 简支变连续钢筋布置2、桥面连续加固通过桥面连续将多跨简支梁连接起来，变为桥面连续梁。这种方法可以不改变主梁的结构形式，而只用铲除桥面重新铺装，在墩顶桥面增设钢筋，对于原构件损伤较小，施工简便。6 长安大学硕士学位论文1.3研究背景及研究意义在我国现役桥梁中，中小跨径公路桥梁广泛采用钢筋混凝土空心板和预应力钢筋混凝土空心板上部结构形式。许多混凝土空心板出现了不同程度的裂缝及其他病害，使得主梁的抗弯承载能力降低、混凝土裂缝进一步发展，降低了桥梁结构的使用安全性。因此，针对空心板板桥的病害采取一定的加固措施，对于确保桥梁安全使用，交通畅通有着重要的意义。针对不同的病害，有不同的加固方法。研究病害产生的原因，从设计、施工的源头上，遏制或减缓病害的发展，有利于桥梁结构的安全性能，并且减少日后加固维修的费用。空心板结构具有结构简单、施工方便、建筑高度小等优点。空心板的构造形状、挖空率一定程度上影响了空心板的受力性能；同时空心板结构不像 T梁，箱梁有横隔板组成强大的横向联系，而采用铰接的形式。这些因素都有必要在设计和施工当中引起足够的重视，避免因自身结构的强度不足造成承受荷载时不能发挥效应。空心板加固有增大截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维等方法，如何有效的提高板的承载能力、收缩裂缝，并在较少的材料消耗下，达到较好的补强效果；桥梁的加固维修，通常会占用车道，造成交通的暂时封闭，如何能够快速并有效的实现空心板的维修加固；这些方面均需要深入的研究。1.4本文主要研究内容本文主要对以下几点进行研究：（1）研究引起空心板桥裂缝，铰缝病害，钢筋锈蚀的各种原因，从设计、施工和运营管理方面提出病害产生的原因。（2）空心板加固有增大截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维的方法，分别针对各种方法分析如何能够使加固更为有效，并对比加固的效果。（3）阐述了锚喷混凝土增大截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维片材的施工工艺。（4）提出影响粘贴破坏的最薄弱环节粘结破坏的原因，以及在设计、施工中需要注意的问题。7 第二章 空心板桥病害类型及原因第二章空心板桥病害类型及原因2.1病害成因分析钢筋混凝土空心板结构，由于设计考虑不周、施工控制不严、养护管理不到位以及混凝土本身老化等原因。导致空心板产生譬如蜂窝、麻面、露筋、掉角、剥落、钢筋锈蚀等不同程度的病害。这些病害降低了混凝土的强度，影响了结构的安全使用性能，各种缺陷产生的原因不同，危害也不同，加固的方法也有所区别。1、设计方面因为设计原因造成空心板产生缺陷的原因不容忽视，常见的原因有尺寸选择不合理、设计因素考虑不完善、以及计算错误等。（1）尺寸选择不合理。比如空心板的腹板较薄，不利于结构受力，导致底板与梗腋交接处纵向开裂；尺寸不合理导致混凝土浇筑困难、振捣不密实，出现蜂窝、麻面等。（2）设计因素考虑不善。如果钢筋布置的过密，混凝土不容易振捣均匀，而且大骨料通过不了缝隙造成离析的现象；混凝土保护层太薄，混凝土保护层受到外界影响碳化，引起钢筋锈蚀、保护层脱落。（3）设计计算错误。由于人为上的失误，经验和技术的不过关，荷载计算过小，导致梁断面配筋不足，造成开裂。2、施工方面混凝土梁的质量好坏很大程度上取决于施工环节，施工中原材料的质量、施工工艺、工人的技术水平和施工监管是否严格都影响了桥梁是否安全可靠。（1）施工方法落后。如 20世纪 80年代以前的桥梁建设，都是人畜搬运架设的，机械设备很少，混凝土在户外人工拌合，振捣不密实，因此造成结构普遍存在各种问题。（2）原材料质量低劣。采用锈蚀或细钢筋，水泥标准偏低，砂石料质量差等，造成混凝土强度不能满足设计要求，浇筑完成后出现大量裂缝。（3）施工工艺不严格。如集料的级配不合理，混凝土水灰比不合理，使得混凝土容易发生孔洞。混凝土拌合物和易性差，容易发生离析，不易振捣密实。混凝土浇筑完成之后，没有及时洒水养护，由于温度变化、混凝土收缩的原因，导致结构产生裂缝。8 长安大学硕士学位论文3、运营管理方面桥梁在其长期使用营运管理不到位、养护维修不及时也可以造成病害。（1）长期超负荷运营。随着我国经济的发展，汽车技术的进步。原有的道路设计标准已经不能满足高负荷的交通压力，现有的车辆荷载频频超出了桥梁的承载能力，大多数桥梁长期处于超负荷的运作状态，桥面、主梁、桥墩都存在一定的病害，近期的桥梁倒塌事故也敲响了安全事故的警钟。（2）人为损坏。当车辆超高或桥梁净空不足时，导致梁受到撞击、刮擦，造成混凝土剥落、钢筋裸露；北方冬季，通常撒盐除雪，盐水渗入混凝土内引起钢筋锈蚀、混凝土保护层脱落。（3）养护维修不及时。桥梁建筑物应及时进行维修保养才能保证其强度和安全性，延长使用寿命，但是由于经费不足、人力有限、管理不到位等原因，不少桥梁未能够得到及时维修，长期带病工作，严重影响了桥梁的安全性和耐久性。2.2裂缝混凝土是一种由集料、水泥、水，经拌合硬化后形成的具有堆聚结构的复合材料，其材质非均匀，是一种脆性材料。在温度、湿度变化及硬化过程中，混凝土体积发生微变。混凝土硬化之后，当混凝土中拉应力大于混凝土抗拉强度值时即产生裂缝。拉应力可由各种荷载、构件自由活动受阻、温度变化等因素引起。钢筋布置不适当及钢筋锈蚀也会产生裂缝。混凝土梁结构的裂缝是有内部材料的微小裂缝逐渐发展起来而引起的结果。引起裂缝的原因很多，可以归为两大类14。第一类，非结构性裂缝，通常由变形引起。如环境温度变化、混凝土的收缩徐变、地基的不均匀沉降等因素引起混凝土变形，当变形受到外界的约束时，会在结构内部产生自应力，当大于混凝土的抗拉强度值时，会产生混凝土裂缝。第二类，结构性裂缝也可称为受力裂缝，主要由外荷载引起。其裂缝程度与荷载相对应，表明结构承载力可能不足。9 第二章 空心板桥病害类型及原因2.2.1非结构性裂缝1、塑性裂缝混凝土浇筑完成之后开始凝聚，从流体逐渐变成塑态，最后逐渐硬化变为固态，在此阶段产生的裂缝称为塑性裂缝。裂缝的发生主要有以下两种原因：（1）混凝土集料沉落裂缝混凝土在自身重力和振捣的作用下，集料和水泥浆逐渐均匀混合、相互握裹。集料在沉落过程中收到钢筋、模板的阻力而产生的裂缝，这种裂缝通常沿着梁钢筋的位置发生，裂缝深度一般可达到钢筋表面，或侧模板上表面，或是结构变截面处。（2）塑性收缩裂缝混凝土仍处于塑性阶段时，混凝土会发生因内外蒸发量不一致而收缩开裂。这种裂缝均在表面出现，形状不规则，细而多不连贯，通常称为龟裂。2、收缩裂缝在混凝土逐渐凝固的过程中，部分未参与水化作用的水分蒸发，混凝土的体积缩小，称之为干缩。同时，水泥在水化作用下放出大量的热，水泥逐渐硬化，体积减小，称之为凝缩。收缩中干缩占总收缩量的 80%90%。混凝土成形后，内部水分开始蒸发，受到外界温度的影响表面水分蒸发速度较内部较快。截面上温度形成梯度，使得内外干缩量不一致，当混凝土表面收缩变形受到混凝土内部骨架约束或其他外界约束限制时，会在混凝土中产生拉应力，引起混凝土开裂。如果早期混凝土养护不当，暴露在阳光下太久，使得表面水分蒸发过快产生拉应力，而混凝土早期强度低，很容易出现收缩裂缝。收缩裂缝常发生在混凝土的表面，裂缝较浅，宽度大多在 0.050.2mm之间。3、温度裂缝由于混凝土的导热效果差，在太阳照射、混凝土水化放热、以及环境温度等因素影响下，钢筋混凝土结构的形状会随着温度变化，即物理上的热胀冷缩变形，这种变形是温度引起的称为温度变形。当温度引起的梁变形受到外界约束时，结构混凝土内部就有拉应力的产生，当此拉应力达到甚至超过混凝土的抗拉强度值时，就会使混凝土产生裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。对于简支空心板桥两端可以自由活动，均匀升温、降温，上下缘温差只会引起结构10 长安大学硕士学位论文的变形和位移，不产生温度应力。但是混凝土在蒸汽养护过程中，如果养护操作控制不严，导致混凝土表面在短时间内剧烈升温或降温，构件内外呈非线性温度分布，此时的温度自应力通常超过混凝土的抗拉强度值。尤其是混凝土早期强度较低，混凝土会产生较深的裂缝，甚至会贯穿整个梁高，破坏结构的整体性。2.2.2结构性裂缝结构性裂缝是指由荷载引起的裂缝，又称受力裂缝，这种裂缝的出现表明结构承载力不能满足要求或存在其他严重问题33。其裂缝形式有很多种类，产生的主要原因如下：1、结构尺寸空心板普遍采用挖空的形式来有效的减少恒载重量，降低造价成本，降低建筑高度。对于一些挖空率较大，板壁较薄的空心板截面，容易产生类似于箱梁畸变扭转的效应，导致空心板产生大量裂缝。通常桥梁作用有恒载和活载，恒载通常是均布的或是对称的，而活载可以产生偏心的作用；另外空心板梁下部通常有 4个支座，如果有一个支座脱空，必然只有三个支座受力，在荷载作用下产生偏心力。在偏心荷载的作用下空心板既发生弯曲，又发生扭转，弯扭作用伴随着畸变的产生。畸变引起空心板截面各板横向弯曲，和纵向翘曲，弯曲受到截面框架刚度的抵抗，翘曲受到纵向翘曲刚度的抵抗。其中畸变产生的横向弯曲，引起截面的横向弯矩，并伴随着横向弯曲应力的产生，横向弯矩过大的时候会在沿梁纵向方向产生裂缝。横向弯矩在矩形框的拐角处值越大，故通常在此处设置梗腋。若梗腋的尺寸不足，亦也有可能因横向拉应力过大，而在梗腋或倒角处形成纵向裂缝38。11 第二章空心板桥病害类型及原因图 2.1畸变产生的弯矩宽幅空心板通常采用断面宽度大于 1.0m 的截面，其可以有效的减少板的数量，具有较高的经济效益。由于其顶、底板较宽，荷载作用下顶板将会产生较大的弯矩，若顶板横向配筋不足，容易产生纵桥向的裂缝。预应力混凝土空心板截面锚固区，如果锚固区面积过小，在预应力张拉后容易产生应力集中的现象，而在锚固周围产生裂缝。2、预应力预应力张拉后，空心板梁纵向受压应力缩短，并上拱变形，同时混凝土材料的泊松比引起横向膨胀，产生拉应力。同时张拉的预应力筋对变形的梁体产生反作用力。预应力筋受