基于橋梁檢測中常見混凝土梁式橋裂縫的幾種表現(xiàn)形式和原因分析

魏港 王曉霜

【摘要】我國是橋梁大國，大部分為預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土梁式結(jié)構(gòu)，梁式橋梁受力特點為以受彎為主。近年來筆者參與了逾百座梁式橋梁檢測工作，對橋梁病害尤其是梁式橋的裂縫有一些了解，現(xiàn)就基于混凝土梁式橋梁檢測經(jīng)驗對橋梁裂縫的表現(xiàn)形式和產(chǎn)生的原因等問題進行分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】混凝土梁式橋梁檢測;橋梁裂縫;表現(xiàn)形式和原因分析

1、裂縫的概念和危害

根據(jù)筆者多年檢測實踐，在役梁式橋梁，特別是普通鋼筋混凝土橋梁，主梁均存在不同程度的裂縫。裂縫的出現(xiàn)就是橋梁混凝土材料出現(xiàn)的一種不連續(xù)的開裂現(xiàn)象，按照裂縫形態(tài)可劃分為斜向裂縫、縱向裂縫、豎向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)狀裂縫等，不同的裂縫形態(tài)對應(yīng)不同的受力狀態(tài)。

混凝土橋梁裂縫造成的危害具體為：①橋梁裂縫降低橋梁耐久性，使其實際使用年限無法達到設(shè)計的年限，還會導(dǎo)致橋梁建設(shè)面臨一定的經(jīng)濟損失。②橋梁裂縫的出現(xiàn)，會暴露內(nèi)部的鋼筋，使其直接接觸到空氣，使用一段時間后會出現(xiàn)鋼筋腐蝕現(xiàn)象，降低橋梁的安全性、穩(wěn)定性。③橋梁裂縫的出現(xiàn)，會在很大程度上降低橋梁外部結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至延伸到橋梁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

2、裂縫的表現(xiàn)形式

2.1結(jié)構(gòu)性裂縫

2.1.1彎曲裂縫

彎曲裂縫是指在彎矩作用下，混凝土拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生的裂縫。混凝土梁式橋梁受力特點為以受彎為主，在豎向荷載作用下無水平反力，與同跨徑其它結(jié)構(gòu)類型橋梁對比，梁式橋梁主梁彎矩較大。彎曲裂縫一般出現(xiàn)在承受彎矩較大梁段的受拉區(qū)，如簡支梁跨中下緣受拉區(qū)，連續(xù)梁正彎矩最大截面處下緣受拉區(qū)和支座截面處上緣受拉區(qū)。

對于實心板梁或空心板梁橋，由于拉應(yīng)力過大導(dǎo)致混凝土開裂，主要表現(xiàn)形式為若干條大致平行分布的橫向裂縫，從主梁底部向上延伸開裂;對應(yīng)T梁橋，主要表現(xiàn)形式為彎曲裂縫通常從梁底延伸到主梁腹板，延伸的高度一般不超過梁高的一半，腹板兩側(cè)對稱出現(xiàn)，形成U型貫穿裂縫。彎曲裂縫的走向通常垂直于主筋，主要集中在1/4跨徑至跨中之間，屬于橋梁結(jié)構(gòu)受力裂縫，需要重點關(guān)注。

混凝土簡支T梁橋跨中截面附近下緣受拉區(qū)由拉應(yīng)力引起的U型貫穿裂縫是最常見的結(jié)構(gòu)性彎曲裂縫，通常這種彎曲裂縫寬度較小，數(shù)量較多，裂縫間距較密，且分布均勻。

2.1.2剪切裂縫

剪切裂縫是指在剪力或彎矩與剪力共同作用下，混凝土主拉應(yīng)力過大在腹板兩側(cè)產(chǎn)生的斜向裂縫。剪切裂縫一般出現(xiàn)在承受剪力較大的支座截面附近及同時承受彎矩和剪力共同作用較大的腹板位置。剪切斜向裂縫的特征是在腹板兩側(cè)基本對稱分布，傾斜角度大概為30°～50°，傾斜方向與主應(yīng)力方向一致（即與斜向彎起鋼筋布置方向相垂直），靠近支點截面附近的斜裂縫向下延伸長度不大，一般不與底面貫通，梁段內(nèi)受彎矩和剪力共同作用較大的位置，斜裂縫向下延伸長度較大，有可能與底面裂縫貫通，形成彎剪斜裂縫。

2.1.3基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫

在橋梁結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)不均勻沉降會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫屬于結(jié)構(gòu)受力裂縫的范疇。這類裂縫無明顯規(guī)律，其分布、走向、長度、寬度與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式、不均勻沉降的程度等多種因素有關(guān)。這類裂縫對結(jié)構(gòu)安全性影響較大，應(yīng)在基礎(chǔ)不均勻沉降停止或加固地基穩(wěn)定后，再對橋梁出現(xiàn)的裂縫進行處理。

2.1.4其它結(jié)構(gòu)裂縫

墩柱豎向裂縫是指在縱向壓力作用下，由于壓應(yīng)力過大導(dǎo)致鋼筋混凝土墩柱開裂，產(chǎn)生垂直向下的豎向裂縫。豎向裂縫分布通常在墩柱底部，與墩柱受力鋼筋平行，在墩柱不同側(cè)面均可能出現(xiàn)，裂縫長度不一，往往伴隨著鋼筋脹蝕和混凝土剝落。

在預(yù)應(yīng)力梁在預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)，由于局部應(yīng)力過大縱向裂縫產(chǎn)生。在橋梁檢測過程中，梁板構(gòu)件沿著主筋方向會出現(xiàn)沿橋跨方向的縱向裂縫，這種縱向裂縫數(shù)量較少，但是裂縫長度較長，裂縫寬度較大，通常與主筋平行。這種裂縫產(chǎn)生的原因可能有以下幾個方面：

（1）混凝土彎橋受到豎向荷載和向心力的共同作用，梁體配筋未充分考慮外力對梁體產(chǎn)生的水平拉力，導(dǎo)致梁體橫向抗拉強度不足，長時間作用下梁體抗拉強度不足產(chǎn)生縱向裂縫。

（2）梁底混凝土保護層厚度偏低，梁體受力有效面積不能滿足荷載和外力的共同作用，造成混凝土抗剪能力不足，造成混凝土開裂。

（3）有可能是鋼筋脹裂銹蝕導(dǎo)致混凝土開裂，也有可能是混凝土出現(xiàn)開裂后導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕，混凝土剝落，導(dǎo)致裂縫寬度增大，一般說來，與施工質(zhì)量、混凝土添加劑、溫度應(yīng)力等因素有關(guān)，有待更多數(shù)據(jù)和理論進行解釋。

2.2非結(jié)構(gòu)性裂縫

2.2.1混凝土收縮裂縫

混凝土收縮裂縫是指混凝土干燥收縮變形導(dǎo)致的裂縫，是混凝土凝結(jié)硬化后由于含水孔隙失水導(dǎo)致的體積收縮，當(dāng)收縮變形受到約束時，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達到混凝土極限抗拉強度時，即出現(xiàn)收縮裂縫。

普通混凝土的收縮裂縫一般在成橋一年以后出現(xiàn)，最早出現(xiàn)在拉應(yīng)力集中部位或結(jié)構(gòu)最薄弱部位，在采用外包混凝土加固的橋梁中尤為明顯，在實際橋梁工程中，收縮裂縫通常出現(xiàn)在混凝土表面積比較大的部位，比如橋墩橋臺結(jié)構(gòu)等。根據(jù)結(jié)構(gòu)約束條件及配筋形式的不同，裂縫一般有兩種形狀：一種是網(wǎng)狀裂縫，屬于表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀不規(guī)則;一種是每隔一段距離出現(xiàn)一條裂縫，多為棗核形，最初表現(xiàn)為表面裂縫，后逐步發(fā)展為貫通裂縫，裂縫寬度通?？蛇_0.1mm～0.5mm。

2.2.2溫度裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達到混凝土極限抗拉強度時，即出現(xiàn)溫度裂縫。

以箱型連續(xù)梁為例，由于外界溫度驟然變化，造成箱梁內(nèi)外溫度差，在這種溫度差作用下，梁會產(chǎn)生軸向變形和彎曲變形，在超靜定連續(xù)梁結(jié)構(gòu)中，這種變形因多余約束的存在而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力達到混凝土抗拉強度極限值時，混凝土就會出現(xiàn)裂縫。

3、橋梁裂縫的檢測方法

橋梁裂縫檢測的一般步驟：①觀察裂縫的形態(tài)，初步判定是否為結(jié)構(gòu)受力裂縫;②量測裂縫的長度，并采用裂縫觀測儀或片狀塞尺測量裂縫的最大寬度，采用超聲波法探測裂縫的深度，并記錄下裂縫的位置、形態(tài)、尺寸、走向等;③根據(jù)不同裂縫的規(guī)范允許限值，判斷該受力裂縫裂縫寬度是否超限;④對裂縫產(chǎn)生的原因進行分析，評估裂縫對橋梁的影響，結(jié)合實際情況對橋梁進行承載能力檢查或有必要時進行荷載試驗;⑤根據(jù)最終橋梁檢測結(jié)果，提出維修或加固方案;⑥按相關(guān)橋梁養(yǎng)護規(guī)范進行定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題。

在對既有橋梁進行荷載試驗過程中，結(jié)構(gòu)裂縫的觀察也是其中一項關(guān)鍵檢測內(nèi)容，采用裂縫計進行動態(tài)觀察裂縫的寬度變化，裂縫監(jiān)測點的位置應(yīng)布置在開裂明顯、寬度較大的部位，并觀察裂縫的走向是否延伸及延伸的長度，是否出現(xiàn)新的裂縫，裂縫寬度不宜超過規(guī)范要求，且卸載后裂縫拓展寬度應(yīng)閉合到容許值的1/3。

結(jié)語：

綜上所述，本文結(jié)合橋梁檢測的經(jīng)驗，分析和總結(jié)了混凝土梁式橋梁裂縫出現(xiàn)的表現(xiàn)形式和產(chǎn)生的原因，提出了混凝土梁式橋梁出現(xiàn)裂縫的檢測步驟，供廣大橋梁檢測工程師參考借鑒。

參考文獻：

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[2]莊家智.梁式橋常見裂縫表現(xiàn)形式及成因分析[J].重慶建筑，2016（1）.

作者簡介：

魏港（1989.10-），男，漢族，湖北天門人，碩士研究生學(xué)歷，助理工程師，主要從事橋梁檢測工作。