【玩转桥梁设计】结构力学超全解析讲义

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一、前言 由于桥梁建设中混凝土裂缝非常普遍，这不但对桥梁的质量难以保障，还会使得桥梁建设单位的整体效益受到影响，这不得不引起我们的高度重视。导致混凝土桥梁裂缝问题的原因有很多，下面将对此进行一一介绍。 二、公路桥梁施工混凝土裂缝的成因 导致公路桥梁施工裂缝的因素有很多，通常情况下都是由于多方面因素共同作用下导致发生的。下面是笔者根据自身多年工作经验总结出来的几点原因： 1.荷载变化 公路桥梁往往会受到来自多方面的荷载，包括动力荷载、静力荷载、次应力等等，当荷载超过公路桥梁的承受能力，或者频繁受到荷载的影响，久而久之，便会出现裂缝。根据引起裂缝的荷载种类不同，又可以将荷载分为弯曲裂缝、扭曲裂缝、剪切裂缝、局部应力裂缝，而且荷载种类不同，其表现出的特点也不相同。由荷载变化引起的裂缝多发生在受拉地方、剪应力较大的地方、振动严重的地方。 2.冻胀原因 如果温度低于零度，混凝土结构内部的水冻结时就会出现裂缝的现象。在游离状态的水变成固态冰时，体积会发生膨胀，此时，在混凝土结构内部就会出现膨胀应力。与此同时，位于混凝土内部出现的渗透压现象也会使得膨胀应力的不断增加，降低混凝土强度，从而产生裂缝。尤其是在混凝土凝固的初始阶段，冻结往往会造成更严重的后果。所以，为了避免冻胀导致裂缝的产生，在温度较低情况下进行施工的时候，必须采取相应的保温措施，保证混凝土结构表面的温度不低于5℃。 3.材料质量 混凝土的构成主要有骨料、砂和水泥等混合而成，这些材料的使用不当，或者材料质量出现问题同样会导致混凝土裂缝的发生。例如，砂石的粒径不符合要求，过大或过小，配率不良，材料出现较大的空隙率，都会加大水泥和水的用量，对混凝土结构的强度带来不利影响，增大混凝土结构的收缩性。在选用砂石的时候，如果矿物含量太高，水泥和骨料所产生的粘结力将会降低，这对混凝土的强度也有一定的影响。如果砂石当中的泥含量较高，往往会增加水泥和水的使用量，这样会降低混凝土的强度、抗冻性、抗渗性。如果砂石中有机质或者轻物质的含量过大，往往会使得水泥硬化的过程延长，也会降低混凝土的强度，容易导致裂缝的产生。 三、公路桥梁混凝土裂缝的防治措施 1.荷载裂缝的措施 荷载裂缝对结构使用的安全性具有很大的威胁，当荷载裂缝宽度小于0.3mm时，会影响到结构的耐久性；当荷载裂缝继续发展，超过规范限值，安全性将直接受到影响，当发生外部负载突变时，它会造成桥梁损坏，造成重大交通安全事件。因此，控制荷载裂缝是非常重要的。针对荷载裂缝的防治措施可以从以下四方面进行：第一，结构合理，合理的分块，在施工中，如果允许设置水平施工缝，则要根据温度裂缝的要求进行分块，且设置必要的连接方式；其次，强化科学布局，最大限度地发挥“小直径的布局使用，密集间隔”的方式做好钢筋布置，对钢筋网表面设置钢筋网片，以防止钢筋生锈，可以在混凝土中加入外加剂，提高耐久性；第三，结构物使用阶段的沉降计算要准确，只有这样才能避免由于地基不均匀沉降而产生的宽裂缝；最后，在施工过程中也要限制建筑材料，设备的放置，这样也可有效地避免荷载裂缝。 2.温度变化 温度变化是混凝土产生裂缝的主要原因。与其他物体一样，混凝土在温度作用下同样也有扩张和收缩的性能。在混凝土桥梁施工中，混凝土外部或者内部结构出现温度变化时，均会使混凝土的结构受到影响而产生变形等现象，与此同时，在混凝土的内部同时还会产生相应的应力，当应力大于混凝土本身的抗拉程度 时，就会导致裂缝问题的出现，这也是人们最常说的温度裂缝。 3.收缩裂缝的措施 收缩裂缝在混凝土结构的各个部位均能看到，该裂缝对混凝土结构的安全影响不大，前提是裂缝宽度没有达到规定阀值。另外一种情况：该裂缝出现在桥梁承重结构的最大受力部位时，应引起足够的重视，并采取积极的措施。在控制和混凝土收缩裂缝的防治时，单方混凝土水的使用量必须严格控制，主要是由于混凝土的干燥收缩和水的消耗是成正比的，所以水的消耗，将大大增加混凝土的干燥收缩。为了保证用水量的恰当，可以加入合适的添加剂，一级粉煤灰等大量的球形颗粒，能有效地减少干燥收缩值。此外，也可掺入适量的膨胀剂，以补偿收缩。混凝土浇筑时，浇筑面由于受到自然环境的影响，其表面容易干燥过快，因此，在混凝土终凝前做好及时保温工作非常必要。另外，钢筋的合理配置，也可以有效地控制收缩裂缝，钢筋密集可能会影响混凝土的极限拉伸。