市政小橋縱向裂縫成因及對荷載效應的影響分析

敬家熾，沈明燕，侯湘亞，謝俊鑫，易治國，劉浩

（湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭 411201）

市政小橋縱向裂縫成因及對荷載效應的影響分析

敬家熾，沈明燕，侯湘亞，謝俊鑫，易治國，劉浩

（湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭 411201）

市政小橋因其寬跨比大、荷載等級高等特點，容易產生縱向裂縫。文中運用MIDAS/ Civil對某城市主干道中5座市政小橋的縱向裂縫進行成因分析，并通過對比小橋產生縱向裂縫前后相同荷載作用下的作用力，分析縱向裂縫對荷載效應的影響。分析結果表明，小橋縱向裂縫主要是因為橋梁寬跨比大、溫度荷載產生的橫向拉應力超過限值而產生的；縱向裂縫對小橋承載能力的影響有限，需具體情況具體分析。

橋梁：市政小橋；縱向裂縫；承載能力；溫度荷載

市政小橋是指城市快速路、主干路及交通特別繁忙城市次干路上的小橋，具有寬跨比大、荷載等級高等特點。根據(jù)CJJ 11-2011《城市橋梁設計規(guī)范》，市政小橋的設計安全等級和特大橋、大橋等重要結構相同，為一級，可見其在交通運輸中的重要地位。截至2013年，中國共有公路橋梁73.5萬座，其中中小跨徑橋梁在永久性橋梁中占92.2%，而在中小橋梁中，市政小橋占相當大的比重。但由于市政小橋跨徑小、較隱蔽，往往沒有引起人們的注意，甚至當小橋出現(xiàn)裂縫等病害時，誤以為是一般道路病害而不以為然，為道路交通安全埋下隱患。

在橋梁各種病害中，砼梁體開裂最為普遍，而裂縫能反映橋梁的健康狀況。該文對某城市主干道中5座市政小橋的縱向裂縫進行調查，運用MIDAS/ Civil對縱向裂縫進行成因分析，并通過對比小橋產生縱向裂縫前后相同荷載所產生的作用效應，分析縱向裂縫對小橋的影響。

1 市政小橋縱向裂縫調查

所檢測的5座小橋均建設于20世紀90年代，現(xiàn)已安全使用20年左右，橋梁參數(shù)見表1。

表1　5座市政小橋的技術參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場檢測結果，縱向裂縫大多位于機動車道，且多為全橋通縫（見圖1～5）。

圖1　小橋一的縱向裂縫示意圖（單位：cm）

圖2　小橋二的縱向裂縫示意圖（單位：cm）

圖3　小橋三的縱向裂縫示意圖（單位：cm）

圖4　小橋四的縱向裂縫示意圖（單位：cm）

圖5　小橋五的縱向裂縫示意圖（單位：cm）

2 市政小橋縱向裂縫成因分析

橋梁裂縫成因主要分為荷載引起的裂縫和非荷載引起的裂縫。荷載裂縫主要可分為直接應力裂縫和次應力裂縫，非荷載裂縫主要包括收縮裂縫、溫度裂縫、地基基礎變形裂縫、鋼筋銹蝕裂縫和凍脹裂縫等。在砼結構裂縫中，80%裂縫與非荷載變形有關，是以變形變化為主所引起的裂縫；剩余的20%裂縫以荷載為主要原因，并包括了變形與荷載的共同作用。也就是說大部分結構裂縫是由非荷載作用或由非荷載變形和荷載共同作用所產生的。

2.1建模參數(shù)設置

5座市政小橋均為簡支梁板結構，寬跨比均大于4.75，為寬橋。小橋橋臺上不設支座，在臺帽上擱置“三氈二油”來調節(jié)橋梁橫向變形。因5座小橋均已安全使用20年左右，臺帽上擱置的“三氈二油”不能正常發(fā)揮作用，造成橫橋向約束明顯。

按板單元建模，砼強度等級為C25，主筋種類為HRB335，構造鋼筋種類為R235。支座均約束X、Z方向位移，橋梁兩端單對角增加Y方向平動約束。橋梁結構自重考慮鋼筋重量，自重系數(shù)取1.04；橋面鋪裝恒載集度按各橋鋪裝層厚度分別取值。模型初始溫度設為17℃，工況一為升溫20℃、最終溫度為37℃，工況二為降溫20℃、最終溫度-3℃。

2.2模型分析結果

模型分析結果見圖6。C25砼的軸心抗拉強度標準值ftk=1.78 MPa。由圖6可知：小橋在降溫20℃作用下橫橋向拉應力超過砼抗拉強度，這是小橋出現(xiàn)縱向裂縫的主要原因。

3 縱向裂縫對小橋荷載效應的影響

考慮到小橋出現(xiàn)縱向裂縫后縱向裂縫處的鋼筋未斷裂，仍能正常傳遞軸力、剪力，但橫橋向彎矩不能正常傳遞，會影響橋梁荷載橫向分布，對橋梁荷載效應會有一定影響，通過相同荷載在橋梁出現(xiàn)縱向裂縫前后所產生的作用力的對比，分析縱向裂縫對小橋承載能力的影響。

圖6　5座市政小橋在溫度荷載作用下的橫橋向應力

3.1建模參數(shù)設置

按最不利作用考慮原則，假設縱向裂縫處不能傳遞橫橋向彎矩，即將縱向裂縫處的連接按鉸接考慮。5座小橋的設計荷載標準均為汽-20、掛-100。對小橋按汽-20荷載標準進行計算分析，荷載組合為1.2恒載+1.4活載（汽-20）。

3.2計算結果對比分析

5座小橋產生縱向裂縫前后的作用力見圖7、圖8。由圖7、圖8可知：在極限承載能力荷載組合作

圖7　5座小橋產生縱向裂縫前后的最大Myy作用力

圖8　5座小橋產生縱向裂縫前后最大Vyy作用力

用下，小橋產生縱向裂縫后，最大彎矩作用力均增大，變化百分比小于5.5%；最大剪切作用力均減小，變化百分比小于4%。

4 結論與建議

（1）小橋產生縱向裂縫的主要原因是橋梁寬跨比大，在溫度荷載作用下產生的橫橋向拉應力超過砼軸心抗拉強度標準值。

（2）在極限承載能力荷載組合作用下，小橋產生縱向裂縫后，最大彎矩、剪切作用力變化較小，且產生縱向裂縫后小橋承載能力仍能滿足規(guī)范要求。

（3）5座市政小橋均加設了橫向聯(lián)系，建議小橋設計中根據(jù)溫度荷載等作用加設橫向聯(lián)系。

（4）市政小橋因所在道路等級高，其所出現(xiàn)的縱向裂縫等病害應引起重視。具體工程產生縱向裂縫后應具體情況具體分析。

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2016-03-07