大體積混凝土裂縫分析及控制技術

一、論述

隨著基礎建設的迅速發(fā)展，橋梁建設中大體積混凝土應用越來越多，混凝土在現代橋梁工程建設中已經占據了非常重要的地位，不論什么樣的橋梁，大都是采用鋼筋混凝土結構，因為該建筑材料價廉物美，施工方便，承載力大，可裝飾強的特點，日益受到人們的歡迎。在我國不論是鐵路工程、公路工程還是其它工程建設，鋼筋混凝土的應用面可以說是無處不在。但是，在使用混凝土的同時，由于對混凝土的性能了解不深，在工程完畢后的十幾天，一個月或者更長一點的時間后，混凝土結構物出現了裂縫或其他不良反應，給人們的心中造成擔憂和后怕的感覺。

盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現，有些還造成了無法估量的損失。為了降低經濟損失，減少和控制裂縫的的出現，一些搞混凝土技術的研究人員對混凝土構筑物的裂縫形成，進行了大量的研究和技術探討，提出解決混凝土裂縫的辦法和意見，也取得了較大的科研成果，使混凝土構筑物的裂縫降低到最低范圍之內。目前對混凝土結構物裂縫問題，是在混凝土工程建設中帶有一定普遍性的技術問題。而混凝土結構的破壞和建筑物的倒塌，也都是從結構裂縫的擴展開始而引起的。故在某些施工驗收規(guī)范和工程都是不允許混凝土結構出現有明顯的裂縫。

但是，從近代科學關于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實踐證明，混凝土結構裂縫是不可避免的，裂縫是人們可以接受的一種材料特性，只是如何使有害程度控制在某一有效范圍之內。因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體，且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現裂縫的可能性。

從目前的情況看，設計上對混凝土裂縫有一定范圍。從我國的“混凝土結構設計規(guī)范《GBJ10—89）”表3.3.4規(guī)定看，其裂縫寬度在不同的環(huán)境下，不同的混凝土結構物其裂縫的寬度也有所不同的控制標準，允許裂縫寬度為0.2～0.3mm.而從國外的情況看，不同的國家對混凝土構筑物的裂縫寬度也有不同的規(guī)定，如1970年歐洲混凝土專業(yè)委員會的規(guī)范所收集各個國家的標準設計裂縫規(guī)定如下：美國AGl　規(guī)范規(guī)定裂縫為0.108mm；法國，規(guī)范規(guī)定裂縫為0.27mm；加拿大，規(guī)范規(guī)定裂縫為0.064mm；前蘇聯，規(guī)范規(guī)定裂縫為0.12mm；波蘭，規(guī)范規(guī)定裂縫為0.182mm.從不同的國家來看，各國的規(guī)范對混凝土構筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求，要保證混凝土構筑物不出現裂縫可以說是不可能的。在我國，對在不同環(huán)境下混凝土構筑物，在不同的介質情況下，所規(guī)定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說，對混凝土構筑物的裂縫我國規(guī)范規(guī)定在設計上有一定的允許寬度。國際上也都根據本國的特點，對混凝土的裂縫都有明確的規(guī)定，說明混凝土結構的裂縫在一定范圍內是允許的，要想控制混凝土構筑物不裂縫是很難的，關鍵是怎么控制能讓在施工中盡量小產生裂縫和把裂縫的寬度應該控制在什么范圍內，能使我們在施工中不受經濟損失。

二、橋梁裂縫產生原因淺析

實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：

、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：

1、設計計算階段，結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。

2、施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構結構受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

3、使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：

1、在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現裂縫而導致鋼筋銹蝕。

2、橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產生繞射現象，在孔洞附近密集，產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中，經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經常可以看到裂縫。因此，若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。

實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計算，但隨著現代計算手段的不斷完善，次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。在設計上，應注意避免結構突變，當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，轉角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。

荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區(qū)出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不同受力方式，產生的裂縫特征如下：