土木工程師晉職稱論文發(fā)表期刊推薦《建筑知識》是由建筑師、工程師的學(xué)術(shù)團(tuán)體中國建筑學(xué)會主辦的、建設(shè)部主管的一本科普期刊，創(chuàng)刊于1981年，現(xiàn)擁有讀者近4萬。他們遍及全國的各個設(shè)計院、建筑師、工程師、材料商、房地產(chǎn)開發(fā)公司、裝飾公司、大專院校的學(xué)生和各大企業(yè)的基建部門。
　　摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁有害裂縫的存在，會威脅到結(jié)構(gòu)安全，降低結(jié)構(gòu)的使用壽命，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的耐久性。文中分析了裂縫分類及產(chǎn)生原因，并闡述裂縫防治措施。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,裂縫,成因,對策

　　一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)均是帶裂縫工作，但若裂縫超過限值，不僅會影響工程的外觀質(zhì)量，還會降低抗?jié)B和抗凍能力，并會導(dǎo)致鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)物的耐久性。特別對于鐵路橋梁，活荷載較大，裂縫對結(jié)構(gòu)安全的影響更大，因此，研究混凝土箱梁裂縫類別、成因及對策，是十分必要的。

　　1預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫現(xiàn)象

　　1.1預(yù)應(yīng)力筋錨固處的裂縫

　　通常發(fā)生在梁端或預(yù)應(yīng)力筋錨固處，裂縫比較短小。發(fā)生在梁端時多與鋼絲束方向一致，在錨固處時與梁縱軸多呈30°~45°角。在運營初期有所發(fā)展，但不嚴(yán)重，以后會趨于穩(wěn)定。這種裂縫主要由于端部應(yīng)力集中，混凝土質(zhì)量不良所致。

　　1.2腹板收縮裂縫

　　大多在脫模后2~3天內(nèi)發(fā)生，裂縫通常從上梁肋到下梁肋，整個腹板裂通，寬度一般為0.2~0.4mm，施加預(yù)應(yīng)力后大多會閉合。這種裂縫多為混凝土收縮和溫差所致，如極低的外界溫度，混凝土未保溫養(yǎng)生等，使應(yīng)力分布不均。

　　1.3懸臂梁剪切裂縫

　　剪切裂縫出現(xiàn)在腹板上，看起來近似按45°角傾斜，一般出現(xiàn)在支點與反彎點之間的區(qū)域。剪切裂縫產(chǎn)生的主要原因是：預(yù)應(yīng)力不足；超載的永久荷載；二次應(yīng)力；溫度作用等；此外，設(shè)計中缺乏對多室箱梁腹板內(nèi)剪力分布的認(rèn)識，設(shè)計時未考慮橫截面的實際變形，沒有重復(fù)檢算力筋截斷處的左右截面受力情況等，也可導(dǎo)致此類裂縫的出現(xiàn)。

　　1.4懸澆箱梁錨固后接縫中的裂縫

　　懸澆箱梁在連續(xù)力筋錨固齒板后面的底板內(nèi)會產(chǎn)生裂縫，并有可能向著腹板擴(kuò)展，裂縫與梁縱軸呈30°~45°角。產(chǎn)生這種裂縫的原因是由于預(yù)應(yīng)力筋作用面積小，產(chǎn)生的局部應(yīng)力過大，或者由于頂?shù)装逯辛�筋錨具之間水平方向錯開的距離太小等。

　　1.5底板裂縫

　　箱梁底板上發(fā)生不規(guī)則裂縫，是由于腹部與底板受力不均所致。

　　1.6箱梁彎曲裂縫

　　混凝土抗拉能力不足，會導(dǎo)致箱梁彎曲裂縫的產(chǎn)生。在節(jié)段澆筑箱梁中，一般出現(xiàn)在接縫內(nèi)或接縫附近，梁底裂縫可達(dá)0.1~0.2mm。彎曲裂縫一般很小，結(jié)構(gòu)不受損傷，但在荷載反復(fù)作用下（汽車動力荷載及溫度梯度）裂縫有可能會擴(kuò)大。

　　1.7連續(xù)梁彎曲裂縫

　　在連續(xù)梁中，正彎矩區(qū)的梁底部和負(fù)彎矩區(qū)的頂部可能發(fā)現(xiàn)這種裂縫。彎曲裂縫主要是由于混凝土抗拉能力不足引起的。

　　1.8預(yù)應(yīng)力梁下翼緣的縱向裂縫

　　這種裂縫為預(yù)應(yīng)力梁中最嚴(yán)重的一種裂縫，多發(fā)生在梁端第一、二節(jié)間的下緣側(cè)面及梁底，或腹板與下翼緣交界處，少數(shù)發(fā)生在腹板上。這種裂縫一般處于最外的一排鋼絲束部位，寬度為0.05~0.1mm.。產(chǎn)生原因是由于下翼緣受到過高的縱向壓力，保護(hù)層太薄或混凝土質(zhì)量不好所致。

　　2裂縫分類

　　預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫大致可分為兩類[1]，一類是由外荷載引起的裂縫，也稱結(jié)構(gòu)性裂縫或受力裂縫，表示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在嚴(yán)重問題，對設(shè)計荷載進(jìn)行全面考慮可以防止裂縫的產(chǎn)生；另一類裂縫是由變形引起的，也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫，指變形得不到滿足，在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力，當(dāng)該自應(yīng)力超過混凝土允許應(yīng)力時，引起混凝土開裂。

　　混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜，往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，施工不規(guī)范造成的混凝土裂縫占80%左右，材料質(zhì)量差或配合比不合理產(chǎn)生的裂縫占15%左右，設(shè)計不當(dāng)引起的裂縫可能占5%。

　　3結(jié)構(gòu)性裂縫成因

　　結(jié)構(gòu)性裂縫可分為直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

　　3.1直接應(yīng)力裂縫

　　直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

　�。�1）設(shè)計階段：計算模型不合理，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠；結(jié)構(gòu)計算漏項；設(shè)計斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計時未考慮施工的可能性；設(shè)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(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。

　�。�3）使用階段：超出設(shè)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(fēng)、大雪、地震、爆炸等。

　　3.2直接應(yīng)力裂縫力學(xué)原理分析

　　混凝土箱梁腹板的主拉應(yīng)力公式為（拉應(yīng)力為負(fù)）：

　　式中，σzl為箱梁腹板的主拉應(yīng)力，σhx為箱梁腹板軸向的正應(yīng)力，σhy為箱梁腹板豎向的正應(yīng)力，τ為箱梁腹板剪應(yīng)力。

　　按照經(jīng)典梁理論（平截面假定），箱梁腹板的σhy=0，中性軸附近剪應(yīng)力最大，由上式可知，在腹板的中性軸主拉應(yīng)力最大，如主拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度，則腹板會產(chǎn)生斜裂縫。對于現(xiàn)代大跨度混凝土箱梁橋，特別是橫隔板較少的箱形梁在荷載作用下箱梁的變形并不完全符合經(jīng)典梁理論平截面假定，定會出現(xiàn)截面畸變變形[2]。計算表明，大跨度混凝土箱梁腹板的豎向正向應(yīng)力與腹板的軸向應(yīng)力在同一個數(shù)量級。按照上式，計入腹板豎向正應(yīng)力的影響，很明顯在腹板的上緣、下緣的主拉應(yīng)力容易超過有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，由于板上下緣處的剪應(yīng)力為0，主拉應(yīng)力的方向與腹板豎向方向基本相同，所以一般在上緣產(chǎn)生水平裂縫。腹板豎向正應(yīng)力作用同樣使得在中性軸附近的主拉應(yīng)力易超過規(guī)范的規(guī)定而產(chǎn)生斜裂縫。一般情況下有關(guān)設(shè)計院很難對箱梁畸變變形進(jìn)行分析，這是導(dǎo)致箱梁腹板開裂的主要原因之一[3]。

　　箱梁頂板、底板的裂縫是由于箱梁畸變和橫向彎曲產(chǎn)生的附加就應(yīng)力導(dǎo)致的，按照上式計算箱梁頂?shù)闹鲬?yīng)力，必須考慮頂板、底板的橫向的正應(yīng)力。由于在箱梁的頂板和底板的剪應(yīng)力相對較小，所以主應(yīng)力的方向大致與箱梁的頂板、底板的橫向方向基本相同，那么產(chǎn)生的裂縫方向大致與橋軸方向平行。

　　3.3次應(yīng)力裂縫

　　次應(yīng)力裂縫指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

　�。�1）在設(shè)計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)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(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

　　（2）橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。

　　實際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。次應(yīng)力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，一般不計算僅按常規(guī)構(gòu)造，但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗算的。

　　4非結(jié)構(gòu)性裂縫成因

　　除荷載作用外，還很多非荷載因素[4]，如混凝土收縮、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、塑性坍塌、冰凍、鋼筋銹蝕以及堿-骨料化學(xué)反應(yīng)等，均可引起裂縫。

　　4.1材料原因

　�。�1）粗細(xì)集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大，易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；

　�。�2）骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大，混凝土單方用灰量、用水量越多，收縮量越大；

　�。�3）混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng)，嚴(yán)重增加混凝土收縮；

　　（4）水泥品種原因：礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大、粉煤灰及礬土水泥收縮值較小、快硬水泥收縮大；

　�。�5）水泥等級及混凝土強度等級原因：水泥等級越高、細(xì)度越細(xì)、早強越高對混凝土開裂影響越大；混凝土強度等級越高，混凝土脆性越大、越易開裂。

　　4.2施工原因

　�。�1）混凝土生產(chǎn)時原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大；沒有根據(jù)砂、石料的實際含水率及時調(diào)整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。此外，在混凝土運輸及泵送過程中加水的現(xiàn)象也比較普遍；

　�。�2）采用整體式鋼模板臺車施工，混凝土澆筑時不振搗或漏振，混凝土均質(zhì)性差；

　�。�3）盲目追求施工進(jìn)度，隨意提前脫模時間，混凝土彈性模量尚未達(dá)到設(shè)計值便過早承受荷載；

　�。�4）夏季施工時砂、石料露天堆放，無切實有效的降溫措施，混凝土入模溫度高；冬季施工時采取的防寒保溫措施不力。

　　4.3使用原因

　�。�1）基礎(chǔ)不均勻沉降，造成沉降裂縫；

　�。�2）橋梁所處環(huán)境惡劣，酸、堿、鹽等化學(xué)物均可引起裂縫。

　　5防治措施

　　5.1結(jié)構(gòu)性裂縫防治方法

　　（1）設(shè)計時各截面的箍筋不能僅按構(gòu)造配筋，必須按腹板豎向拉應(yīng)力大小進(jìn)行配筋，其配筋形式應(yīng)采用小直徑和密集的箍筋，箍筋的保護(hù)層厚度按規(guī)范宜取下限。在采用小直徑和密集箍筋配筋后如能滿足要求，則完全可以取消腹板的豎向預(yù)應(yīng)力配筋[5]。

　�。�2）對于輕而薄、跨間少設(shè)或不設(shè)橫隔梁的箱梁，應(yīng)進(jìn)行能反映箱梁畸變（或稱歪扭）及橫向彎曲應(yīng)力的空間分析，驗算施工及成橋使用階段腹板的正截面拉應(yīng)力及控制截面的主拉應(yīng)力不超過規(guī)范值。

　　（3）由于箱梁活載的橫向分布引起的扭轉(zhuǎn)、畸變（或稱歪扭）及橫向彎曲引起造成各腹板承擔(dān)的荷載分布有很大差別，橫向荷載分配系數(shù)應(yīng)充分考慮扭轉(zhuǎn)、畸變（或稱歪扭）及橫向彎曲引起的增加的部分。

　�。�4）適當(dāng)合理增加構(gòu)造鋼筋布置，注意適當(dāng)布置表面鋼筋以增強混凝土防裂性能。

　　5.2非結(jié)構(gòu)性裂縫處理措施

　　5.2.1材料選擇和混凝土配合比設(shè)計方面

　　（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強高的水泥[6]。

　　（2）選用級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

　　（3）積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目標(biāo)已作為混凝土的第五、六大組份，可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

　�。�4）正確掌握好混凝土補償收縮技術(shù)的運用方法。對膨脹劑應(yīng)充發(fā)考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應(yīng)通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。

　�。�5）配合比設(shè)計人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場，依據(jù)施工現(xiàn)場的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況，合理選擇好混凝土的設(shè)計坍落度，針對現(xiàn)場的砂、石原材料質(zhì)量情況及時調(diào)整施工配合比，協(xié)助現(xiàn)場搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。

　　5.2.2現(xiàn)場操作方面

　　（1）澆搗工作：澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

　�。�2）混凝土養(yǎng)護(hù)：在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要，以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮，主要是控制好構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護(hù)。對于大體積混凝土，有條件時宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為14~28天。

　�。�3）混凝土的降溫和保溫工作：對于大體積混凝土，施工時應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設(shè)散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后，應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。

　�。�4）避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。

　�。�5）夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫人模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時經(jīng)試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

　　6結(jié)語

　　本文分析了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁常見裂縫類型，裂縫的成因及預(yù)防裂縫產(chǎn)生的措施。根據(jù)筆者在太興鐵路及其他工程中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂澆筑施工的實踐表明，裂縫預(yù)防措施及處理措施是有效的，這些處理措施也應(yīng)用到京滬高鐵預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂澆筑施工中，希望能夠?qū)σ院箢愃乒こ唐鸬浇梃b作用。

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　　ResearchOntheReasonsandTreatmentsoftheFraturesonthePrestressedConcreteBoxGirder

　　FENGWei-xin

　　ChinaRailwayEngineeringConsultingGroupCo.,LtdTaiyuanBranch,Shanxi（自己補郵編）,Taiyuan,China

　　Abstract:Thedeleteriousfraturesontheprestressedconcreteboxgirdercanthreatenthestructure’ssafety,decreasethestructure’slife,andthreatenthedurabilitybadly.Inthisarticle,thespeciesandthecausedreasonsofthefraturesarediscussedindetail,andthetreatmentsarealsodiscussed.

　　Keywords:prestressedconcreteboxgirder;fratures;reasons;treatments

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