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1、混凝土桥墩非结构裂纹成因和受力特性研究 摘要：根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一。桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。本文主要对混凝土桥墩非结构裂纹成因及受力特性进行了分析。关键词：混凝土桥墩；非结构裂纹；裂纹成因；受力特性中图分类号：TG21文献标识码：A文章编号：引言8在交通运输中,经常修建大量的桥梁,而混凝土墩是常见的桥墩形式。随着高速公路及铁路的发展,桥梁在工程建设中的比例越来越高,在桥梁墩
2、台施工后还没有架梁铺架时,由于多种因素,在不同龄期很多墩台混凝土出现了裂缝,裂缝数量或多或少,走向变化多样,裂缝几何尺寸也不尽相同,成了桥梁墩台混凝土质量通病。由于墩身裂纹的存在,会对混凝土的整体受力及耐久性造成影响,因此有关桥梁混凝土结构设计规范对混凝土出现的裂纹宽度有明确的限制。对在桥墩施工早-中期出现的裂纹,如果不及时处理,会给以后的维修工作带来巨大麻烦,增加费用,甚至影响运营,因此必须认真分析原因,掌握其发展规律,采取有效措施预防并对既有裂缝进行修补,才能保证工程质量及运营安全。一、混凝土非结构性裂纹成因在桥梁工程中,当整个工程还未完成,只是在墩身施工完成后,在拆模养护
3、期间就产生的裂纹,则可以归结为非结构裂纹。有关资料表明,属于由荷载产生的结构性裂缝占20%。由变形变化引起的非结构性裂缝占80%以上。虽然桥梁墩身在前期产生的裂纹因素很多,包括温度、收缩徐变、施工工艺及养护等,但通过文献报道及现场调查,墩身混凝土开裂主要原因为温度变化、收缩徐变、拆模养护及构造配筋约束不足等。如近年来修建的客运专线中,大量的桥墩为圆端形,且在桥墩中部设置墩身凹槽。据现场施工观察发现,在凹槽部位普遍有肉眼可见的裂纹存在,在拆模时并没有裂纹,裂纹发生于养护过程中。其产生的原因有内外温度差;养护问题及局部容易产生应力集中部位的抗拉力不足。1、温度变化裂缝8由于混凝土的
4、热传导性差,当环境温度骤变时,桥墩表面温度突然升高或降低,而桥墩内部则变化很小,因此形成内部温度和表面温度的差异,造成较大温差,尤其对于墩身大体积混凝土来讲更为严重,温度不同,将产生不同的温度变形及温度应力,当温度应力(尤其是混凝土产生的拉应力)超过混凝土的极限强度时,混凝土表面就会产生裂缝。有分析表明,当环境温度突然降低10℃,空气对流换热系数从8W/(m2℃)突增至30W/(m2℃),并持续1d时,墩身表层0.3m～0.7m范围内的温度变化较为剧烈。当裂纹存在于混凝土的表面,且较小,无规则时,一般不会对结构的安全造成影响。如果裂纹较长,有一定的宽度,且深度超过钢筋保护层,则
5、对混凝土后期的结构受力及耐久性都会造成影响。早期产生的混凝土温度裂纹的控制,应根据施工现场的气候条件,采用适宜的混凝土浇筑温度,可以有效地控制早期温度裂纹的产生。2、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）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和碳化收缩。2.1塑性收缩裂缝8发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-15小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，此时骨料与胶合料之间产生不均匀的沉缩变形。都发生在混凝土终凝之前，即塑性阶段，称为塑性收缩。塑性收缩所产
6、生量级很大，可达1%左右。常在浇筑大体积混凝土后4-15小时内，在表面上，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则，既宽又密，属于表面裂缝。由于收缩的作用，这些裂缝往往沿钢筋分布。2.2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）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受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。3、抗拉力不足大体积混凝土墩身开裂在实际工程中是不可避免的。由于高强度
7、混凝土的使用,及采用商业混凝土进行浇注,都会使混凝土墩身容易产生裂纹。墩身容易产生应力集中部位,如果构造钢筋配筋不足,就会导致局部混凝土抗拉力不足,因设计原因导致大体积桥梁墩身混凝土更容易出现裂纹。二、混凝土非结构性裂纹预防措施1、混凝土温度控制措施控制混凝土温度就是控制混凝土中心及表面之间、新老混凝土之间、混凝土表面和外界气8温之间的温差在25℃以内。混凝土施工前应计算混凝土内部最高温度峰值，估算混凝土结构内外最大温差，采取相应控制措施。凝土运输过程中的温度的变化。水泥水化引起的混凝土温度
