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桥梁工程的论文

近年来，交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。

在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。

混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。

其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文尽可能对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

l混凝土桥梁裂缝种类、成因

实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。

混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

一、荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。

裂缝产生的原因有：

1、设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。

结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

2、施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

3、使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

裂缝产生的原因有：

1、在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。

2、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。

研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。

在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。

因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。

次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。

次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。

例如现在对预应力、徐变等产生的二次应力，不少平面杆系有限元程序均可正确计算，但在40年前却比较困难。

在设计上，应注意避免结构突变（或断面突变），当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。

荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。

这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。

但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。

根据结构不同受力方式，产生的裂缝特征如下：

1、中心受拉。

裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。

采用螺纹钢筋时，裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。

2、中心受压。

沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。

3、受弯。

弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。

采用螺纹钢筋时，裂缝间可见较短的次裂缝。

当结构配筋较少时，裂缝少而宽，结构可能发生脆性破坏。

4、大偏心受压。

大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件，类似于受弯构件。

5、小偏心受压。

小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件，类似于中心受压构件。

6、受剪。

当箍筋太密时发生斜压破坏，沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝；当箍筋适当时发生剪压破坏，沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。

自生收缩。

自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。

炭化收缩。

大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。

炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。

炭化收缩一般不做计算。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

1、水泥品种、标号及用量。

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。

另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。

例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。

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。

用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

4、外掺剂。

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

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、振捣方式及时间。

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。

振捣时间应根据机械性能决定，一般以5~15s/次为宜。

时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构（壁厚20~60cm）。

构造上配筋宜优先采用小直径钢筋（φ8~φ14）、小间距布置（@10~@15cm），全截面构造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.3%~0.5%。

四、地基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。

基础不均匀沉降的主要原因有：

1、地质勘察精度不够、试验资料不准。

在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

比如丘陵区或山岭区桥梁，勘察时钻孔间距太远，而地基岩面起伏又大，勘察报告不能充分反映实际地质情况。

2、地基地质差异太大。

建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

Inrecentyears,transportationinfrastructureconstructionrapiddevelopment,buildalotofallconcretebridge.IntheprocessofconstructionandoperationofBridges,relevantforcracksandinfluencetheprojectqualityandeventhecollapseofthebridgenumerousunsubstantiatedreports.Concretecrackcanbesaidtobe"oftencomeon"and"frequently-occurringdisease",whichoftenworriesbridgeengineeringandtechnicalpersonnel.Infact,ifyoutakeacertaindesignandconstructionmeasures,manycrackscanbeovercomeandcontrol.Inordertofurtherstrengthentheunderstandingoftheconcretebridgecrack,trytoavoidtheharmoflargeprojectincrack,thispaperofconcretebridgeasfaraspossiblethetypesandthecausesofcrackingformorecomprehensiveanalysis,thesummary,tofacilitatethedesign,constructionfindoutthefeasiblemethodsofcontrolthecracks,achievetheiridologyrole.

Lconcretebridgecrack,theoriginofthespecies

Infact,thecausesofcracksofconcretestructureiscomplexandvarious,andevenmanyfactorsinfluenceeachother,buteverycrackinthedesignofallhaveoneorseveralmainreason.Thekindsofconcretebridgecrack,thereasonsandcanbedividedroughlyasfollowsseveral:

A,theloadcausedbythecrack

ConcreteBridgesinconventionalstaticanddynamicloadsandTheTimesproducedunderstressofcracksaysloadcrack,tosumupthemainhavedirectstresscracks,timesofstresscrackstwokinds.

Directstresscracksistopointtotheloadingofstresscausedbydirectfromthecrack.Thecausesofcracksare:

1,thedesignandcalculation,stage,thestructurecalculatingdonotcalculateorpartoftheleak;Calculationmodelisnotreasonable,Thestructurestresshypothesisandtheactualstressdiscrepancy;Loadislessorleakcalculate;Internalforcesandreinforcementcalculationerror;Thesafetyofthestructurecoefficientisnotenough.Structuredesigndoesnotconsiderthepossibilityofconstruction;Designsectionisinsufficient;Reinforcedsettoofeworarrangementerror;Structurestiffnessisinsufficient;Tectonicprocessesimproper;Designdrawingsexplainationnotclearandsoon.

2,constructionstage,norestrictionsonpileupconstructiontoolsandmaterials;Donotunderstandthestructurestressprefabricatedstructurecharacteristics,optionalemancipated,hoisting,transport,installation;Notaccordingtothedesigndrawingconstruction,theconstructionsequencestructurechangewithoutpermission,changethestructurestresspattern;Wrongtodounderthevibrationmachinestructurefatiguestrengthcheck,etc.

Three,usephase,beyondtheheavyvehiclebridgedesignload;Bythevehicles,theshipsofcontact,bump;Strongwinds,heavysnow,theearthquakehappened,explosions,etc.

Timestresscracksistopointtobytheloadingofthesecondarystresscausedcracks.Thecausesofcracksare:

1andinthedesignsoftheload,becausetherealworkingstateofthestructureswiththeconventionalcalculationandorcalculationtakenoaccountof,andinsomepartofthebodycausetimestresscrackinginstructure.Suchastwohingearchbridgearchfeetdesignoftenindecorate"X"form,atthesametime,cutthereinforcementofthesectionsizetodesignhingeandtheoreticalcalculationitcan'texistencebendingmoment,buttheactualthehingecanstillbending,thatcausedcrackscorrosionofreinforcement.

2,thebridgestructureoftenneedtoopenholecutinthetank,andsettinguptheandsoon,totheconventionalcalculationisdifficulttouseaccurateschemasimulatedandgeneralaccordingtoexperiencestresssetsteel.Researchshowsthatstresscomponentsafterdiggingholes,forceflowwillproducethediffraction,nearholesindense,theenormousstressconcentration.Inthelongspanprestressedconcretecontinuousbeam,ofteninthecrosssectionintheinternalforceneedaccordingtocutsteelbeam,settheanchorhead,whileinanchoragesectioncanoftenbeseennearthecrack.Therefore,ifnothandledproperly,inthestructureofthecornerofficeorcomponentsinshape,forcereinforcedtruncationmutationsineasytocrack.

Inpracticalengineering,timeistoproduceloadstresscracksthemostcommoncausesofcracks.Timesofstresscracksmoretension,splitting,shearproperties.Timeiscausedbystressfractureload,isonlyastheconventionalgenerallydoesnotcalculate,butwiththecontinuousimprovementofthemoderncomputingmethod,thestressfractureisalsocandoareasonablechecking.Forexample,creepofprestressednowproducesasecondarystress,manyplanerodfiniteelementprogramallcancalculatecorrectly,butin40yearsagoishard.Inthedesign,shouldpayattentiontoavoidstructuremutations（orsectionmutation）,whencannotavoidwhen,shoulddolocalprocessing,suchasthecornerofficedoroundhorn,mutationmadegradientintransition,andstrengthenthestructurereinforcement,cornerofficeZengPeiinclinedtosteel,forlargerholeconditionalwhencansetinthesurroundingedgeAnglesteel.

Accordingtotheloadcharacteristicsofloadcracksandvariespresentdifferentcharacteristics.Thiskindofcracksappearinmorethaninthetensionzone,shearzoneorseverevibrationparts.Butitmustbepointedoutthatifpressureareaappearspeelingorcompressivedirectionalongtheshortcrack,oftenistolimitbearingcapacitystructuresymbol,isastructuredestroyprecursor,itsreasonisoftenthesmallsectionsize.Accordingtothedifferentstructurestressmodes,andtheresultingcrackcharacteristicsasfollows:

1,centraltension.Cracksthroughcomponentcrosssection,approximatelythesamedistanceandverticalstressindirection.Thesteelrebar,cracksappearinbetweenthetimenearreinforcedcrack.

2,thecenterunderpressure.Alongthecomponentparalleltothedirectionoftheforceinshortandsecretparallelcrack.

3,bebent.Maximumbendingmomentsectionfromtheedgeoftheareaneartensionbegantoappearinthetensionandthedirectionoftheverticalcracks,andgraduallytothedevelopmentandaxis.Thesteelrebar,crackisarelativelyshortperiodoftimebetweenthecracks.Whenstructurereinforcementissmall,thecrackislittleandwide,structurebrittlefailuremayoccur.

4,largeeccentricloading.Largeeccentricloadingtensionzoneandreinforcementoflesssmalleccentricloadingcomponents,similartotheflexuralmembers.

5,smalleccentricloading.Littleeccentricloadingtensionzoneandreinforcementofmorelargeeccentricloadingcomponents,similartothecenterofthemembersunder.

6,shear.Whenthestirruptooclosebaroclinicdestructionhappens,theabdomenappearsmorethan45°thegirderendsofthedirectionofdiagonalcrack;Whenthestirrupappropria