2022年混凝土在桥梁建筑中裂缝成因分析 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 混凝土在桥梁建筑中裂缝的成因分析标签: 成因 裂缝 桥梁 混凝土 建筑 2022-11-04 19:11 混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状,并且耐火性好、不易风化、养护费用低,成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料;混凝土最主要的缺点是抗拉才能差,简单开裂;大量的工程实践和理论分析说明,几乎全部的混凝土构件均是 带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,甚至肉眼看不见(0.05mm),一般对结构的使用无大的危害,可答应其存在;有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下,不断产生和扩展,引起混凝土碳化、爱护层剥落、钢筋腐蚀
2、,使混凝土的强度和刚度 受到减弱,耐久性降低,严峻时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常使用,必需加以掌握;我国现行大路、铁路、建筑、水利等部门 设计规范均采纳限制构件裂缝宽度的方法来保证混凝土结构的正常使用;本文所讨论的仅指后一类裂缝;近年来,我国交通基础建设得到迅猛进展,各地兴建了大量的 混凝土桥梁;在桥梁建造和使用过程中,有关因显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 ” ,常常困扰着桥梁工程技术人员;其实,假如实行一定的设计和施工措施,许多裂缝是可以克服和掌握的;为了进一步 加强对混凝土桥梁裂缝的熟悉,尽量防止工程中显现危害较大的裂 缝,本
3、文 尽可能对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的缘由作较全面的 分析、总结,以便利设计、施工找出掌握裂缝的可行方法,达到防名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 范于未然的作用;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缘由;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
4、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;裂缝产生的缘由有:1、 设计运算阶段,结构运算时不运算或部分漏算;运算模型 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 配筋运算错误;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;不明白预制 结构结构受力特点,随便翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸 施工,擅自更换结构施工次序,转变结构受力模式;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
5、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;裂缝产生名师归纳总结 的原因有:第 2 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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运算有出入或运算不考虑,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常常采纳布置“ X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的方法设计铰,理论运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
6、结构中常常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计 算中难以用精确的图式进行模拟运算,一般依据体会设置受力钢筋;讨论说明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生庞大的应力集中;在长跨预应力连续梁中,常常在跨 内依据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面邻近常常 可以看到 裂缝;因此,如处理不当,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 常见缘由;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,仅是按常规一般不运算,但随着现代运算手段的不断完善,次应力 裂缝也
7、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运算,但在 40 年前却 比较困难;在设计上,应留意防止结构突变(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;荷载裂缝特点依荷载不同而异出现不同的特点;这类裂缝多出名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 现在受拉区、受剪区或振动严峻部位;但必需指出,假如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
8、极限的标志,是结构破坏的前兆,其缘由往往是截面尺寸偏小;依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;采纳螺纹钢筋时,裂缝之间显现位于钢筋邻近的次裂缝;2、 中心受压;沿构件显现平行于受力方向的短而密的平行裂缝;3、 受弯;弯矩最大截面邻近从受拉区边沿开头显现与受拉方向垂直的裂缝,并逐步向中和轴方向进展;采纳螺纹钢筋时,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
9、,类似于中心受压构件;6、 受剪;当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部显现大于45方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部显现约45方向相互平行的斜裂缝;7、 受扭;构件一侧腹部先显现多条约45方向斜裂缝,并向相名师归纳总结 邻面以螺旋方向展开;第 4 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 8、 受冲切;沿柱头板内四侧发生约45方向斜面拉裂,形成冲切面;9、局部受压;在局部受压区显现与压力方向大致平行的多条短裂二、温度缝化引起的裂;变缝混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形,如变形遭到约束,就
10、在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝;在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力;温度裂缝区分其它 裂缝最主要特点是将随温度变化而扩张或合拢;引起温度变化主要因素有:1、年温差;一年中四季温度不断变化,但变化相对缓慢,对桥 梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移,一般可通过桥面伸缩 缝、支座位 移或设置柔性墩等构造措施相和谐,只有结构的位移受 到限制时才会引起温度裂缝,例如拱桥、刚架桥等;我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度;考虑到混凝土的蠕变特 性 , 年 温 差 内 力 计 算 时 混 凝 土 弹 性 模 量 应 考 虑 折 减 ;2、日照;桥
11、面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度明显高 于其它部位,温度梯度呈非线形分布;由于受到自身约束作用,导 致局部拉应力较大,显现裂缝;日照和下述突然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因;3、突然降温;突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 面温度突然下降,但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度;日照和突然降温内力运算时可采纳设计规范或参考实桥资料进行,混凝土弹性模量不考虑折减;4、水化热;显现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0M)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,
12、内外温差太大,致使表面显现裂缝;施工中应依据实际情形,尽量挑选水化热低的水泥品种,限制水泥单位用量,削减骨料入模温度,降低内外温差,并缓慢降温,必要时可采纳循环冷却系统进行内部散热热,或采用薄层连续浇筑以加快散;5、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝;6、预制 T 梁之间横隔板安装时,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,如焊接措施不当,铁件邻近混凝土简单烧伤开裂;采纳电热张拉法张拉预应力构件时,预应力钢材温度可上升至350,混凝土构件也简单开裂;试验讨论说明,由火灾等缘由引起高温烧伤的混凝土强度随温度的上升而明显降低,钢筋与混凝土的粘结力随之下降,混凝土温度达
13、到300后抗拉强度下降50%,抗压强度下降60%,光圆钢筋与混凝土的粘结力下降80%;由于受热,混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩;三、收缩引起的裂缝在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的;在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 变 形 的 主 要 原 因 , 另 外 仍 有 自 生 收 缩 和 炭 化 收 缩 ;塑 性收缩;发生在施工过程中、混凝土浇筑后45 小时左右,此时水泥水化反应猛烈,分子链逐步形成,显现泌水和水分急 剧蒸发,混凝土失水
14、收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩;塑性收缩所产生量级很大,可达 1%左右;在骨料下沉过程中如受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝;在 构件竖向变截面处如 T 梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不匀称将发生表面的顺腹板方向裂缝;为减小混凝土塑性收缩,施工时应掌握水灰比,防止过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑;缩水收缩(干缩);混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降 低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩);因混凝土表层水分缺失快,内部缺失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不匀称收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使
15、表面混凝土承担拉力,当表面混凝土承担拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝;混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩;如配筋率较大的构件(超过 3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混;凝土表面容易出现龟裂裂纹自生收缩;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,如矿渣水泥混凝名师归纳总结 土与粉煤灰水泥混凝土);第 7 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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
16、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,一般水泥、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,就混凝土收缩越大,且发生收缩时间越长;例如,为了提高混凝土的 强度,施工时常常采纳强行增加水泥用量
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