基于橋梁檢測中常見混凝土梁式橋裂縫的幾種表現形式和原因分析

魏港 王曉霜

【摘要】我國是橋梁大國，大部分為預應力混凝土和普通鋼筋混凝土梁式結構，梁式橋梁受力特點為以受彎為主。近年來筆者參與了逾百座梁式橋梁檢測工作，對橋梁病害尤其是梁式橋的裂縫有一些了解，現就基于混凝土梁式橋梁檢測經驗對橋梁裂縫的表現形式和產生的原因等問題進行分析和總結。

【關鍵詞】混凝土梁式橋梁檢測;橋梁裂縫;表現形式和原因分析

1、裂縫的概念和危害

根據筆者多年檢測實踐，在役梁式橋梁，特別是普通鋼筋混凝土橋梁，主梁均存在不同程度的裂縫。裂縫的出現就是橋梁混凝土材料出現的一種不連續的開裂現象，按照裂縫形態可劃分為斜向裂縫、縱向裂縫、豎向裂縫、橫向裂縫、網狀裂縫等，不同的裂縫形態對應不同的受力狀態。

混凝土橋梁裂縫造成的危害具體為：①橋梁裂縫降低橋梁耐久性，使其實際使用年限無法達到設計的年限，還會導致橋梁建設面臨一定的經濟損失。②橋梁裂縫的出現，會暴露內部的鋼筋，使其直接接觸到空氣，使用一段時間后會出現鋼筋腐蝕現象，降低橋梁的安全性、穩定性。③橋梁裂縫的出現，會在很大程度上降低橋梁外部結構和整體結構的穩定性，甚至延伸到橋梁內部的結構。

2、裂縫的表現形式

2.1結構性裂縫

2.1.1彎曲裂縫

彎曲裂縫是指在彎矩作用下，混凝土拉應力過大而產生的裂縫。混凝土梁式橋梁受力特點為以受彎為主，在豎向荷載作用下無水平反力，與同跨徑其它結構類型橋梁對比，梁式橋梁主梁彎矩較大。彎曲裂縫一般出現在承受彎矩較大梁段的受拉區，如簡支梁跨中下緣受拉區，連續梁正彎矩最大截面處下緣受拉區和支座截面處上緣受拉區。

對于實心板梁或空心板梁橋，由于拉應力過大導致混凝土開裂，主要表現形式為若干條大致平行分布的橫向裂縫，從主梁底部向上延伸開裂;對應T梁橋，主要表現形式為彎曲裂縫通常從梁底延伸到主梁腹板，延伸的高度一般不超過梁高的一半，腹板兩側對稱出現，形成U型貫穿裂縫。彎曲裂縫的走向通常垂直于主筋，主要集中在1/4跨徑至跨中之間，屬于橋梁結構受力裂縫，需要重點關注。

混凝土簡支T梁橋跨中截面附近下緣受拉區由拉應力引起的U型貫穿裂縫是最常見的結構性彎曲裂縫，通常這種彎曲裂縫寬度較小，數量較多，裂縫間距較密，且分布均勻。

2.1.2剪切裂縫

剪切裂縫是指在剪力或彎矩與剪力共同作用下，混凝土主拉應力過大在腹板兩側產生的斜向裂縫。剪切裂縫一般出現在承受剪力較大的支座截面附近及同時承受彎矩和剪力共同作用較大的腹板位置。剪切斜向裂縫的特征是在腹板兩側基本對稱分布，傾斜角度大概為30°～50°，傾斜方向與主應力方向一致（即與斜向彎起鋼筋布置方向相垂直），靠近支點截面附近的斜裂縫向下延伸長度不大，一般不與底面貫通，梁段內受彎矩和剪力共同作用較大的位置，斜裂縫向下延伸長度較大，有可能與底面裂縫貫通，形成彎剪斜裂縫。

2.1.3基礎不均勻沉降產生的裂縫

在橋梁結構中，基礎不均勻沉降會引起結構內力變化，導致橋梁上部結構出現裂縫，這種裂縫屬于結構受力裂縫的范疇。這類裂縫無明顯規律，其分布、走向、長度、寬度與基礎的結構形式、不均勻沉降的程度等多種因素有關。這類裂縫對結構安全性影響較大，應在基礎不均勻沉降停止或加固地基穩定后，再對橋梁出現的裂縫進行處理。

2.1.4其它結構裂縫

墩柱豎向裂縫是指在縱向壓力作用下，由于壓應力過大導致鋼筋混凝土墩柱開裂，產生垂直向下的豎向裂縫。豎向裂縫分布通常在墩柱底部，與墩柱受力鋼筋平行，在墩柱不同側面均可能出現，裂縫長度不一，往往伴隨著鋼筋脹蝕和混凝土剝落。

在預應力梁在預應力錨固區，由于局部應力過大縱向裂縫產生。在橋梁檢測過程中，梁板構件沿著主筋方向會出現沿橋跨方向的縱向裂縫，這種縱向裂縫數量較少，但是裂縫長度較長，裂縫寬度較大，通常與主筋平行。這種裂縫產生的原因可能有以下幾個方面：

（1）混凝土彎橋受到豎向荷載和向心力的共同作用，梁體配筋未充分考慮外力對梁體產生的水平拉力，導致梁體橫向抗拉強度不足，長時間作用下梁體抗拉強度不足產生縱向裂縫。

（2）梁底混凝土保護層厚度偏低，梁體受力有效面積不能滿足荷載和外力的共同作用，造成混凝土抗剪能力不足，造成混凝土開裂。

（3）有可能是鋼筋脹裂銹蝕導致混凝土開裂，也有可能是混凝土出現開裂后導致鋼筋出現銹蝕，混凝土剝落，導致裂縫寬度增大，一般說來，與施工質量、混凝土添加劑、溫度應力等因素有關，有待更多數據和理論進行解釋。

2.2非結構性裂縫

2.2.1混凝土收縮裂縫

混凝土收縮裂縫是指混凝土干燥收縮變形導致的裂縫，是混凝土凝結硬化后由于含水孔隙失水導致的體積收縮，當收縮變形受到約束時，在混凝土中產生拉應力，當拉應力達到混凝土極限抗拉強度時，即出現收縮裂縫。

普通混凝土的收縮裂縫一般在成橋一年以后出現，最早出現在拉應力集中部位或結構最薄弱部位，在采用外包混凝土加固的橋梁中尤為明顯，在實際橋梁工程中，收縮裂縫通常出現在混凝土表面積比較大的部位，比如橋墩橋臺結構等。根據結構約束條件及配筋形式的不同，裂縫一般有兩種形狀：一種是網狀裂縫，屬于表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀不規則;一種是每隔一段距離出現一條裂縫，多為棗核形，最初表現為表面裂縫，后逐步發展為貫通裂縫，裂縫寬度通常可達0.1mm～0.5mm。

2.2.2溫度裂縫

鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土中產生拉應力，當拉應力達到混凝土極限抗拉強度時，即出現溫度裂縫。

以箱型連續梁為例，由于外界溫度驟然變化，造成箱梁內外溫度差，在這種溫度差作用下，梁會產生軸向變形和彎曲變形，在超靜定連續梁結構中，這種變形因多余約束的存在而產生結構內部溫度應力，當溫度應力達到混凝土抗拉強度極限值時，混凝土就會出現裂縫。

3、橋梁裂縫的檢測方法

橋梁裂縫檢測的一般步驟：①觀察裂縫的形態，初步判定是否為結構受力裂縫;②量測裂縫的長度，并采用裂縫觀測儀或片狀塞尺測量裂縫的最大寬度，采用超聲波法探測裂縫的深度，并記錄下裂縫的位置、形態、尺寸、走向等;③根據不同裂縫的規范允許限值，判斷該受力裂縫裂縫寬度是否超限;④對裂縫產生的原因進行分析，評估裂縫對橋梁的影響，結合實際情況對橋梁進行承載能力檢查或有必要時進行荷載試驗;⑤根據最終橋梁檢測結果，提出維修或加固方案;⑥按相關橋梁養護規范進行定期檢查，及時發現問題。

在對既有橋梁進行荷載試驗過程中，結構裂縫的觀察也是其中一項關鍵檢測內容，采用裂縫計進行動態觀察裂縫的寬度變化，裂縫監測點的位置應布置在開裂明顯、寬度較大的部位，并觀察裂縫的走向是否延伸及延伸的長度，是否出現新的裂縫，裂縫寬度不宜超過規范要求，且卸載后裂縫拓展寬度應閉合到容許值的1/3。

結語：

綜上所述，本文結合橋梁檢測的經驗，分析和總結了混凝土梁式橋梁裂縫出現的表現形式和產生的原因，提出了混凝土梁式橋梁出現裂縫的檢測步驟，供廣大橋梁檢測工程師參考借鑒。

參考文獻：

[1]曹志貞.從橋梁檢測中分析橋梁裂縫產生原因[J].建材發展導向，2016，（6）：248-249.

[2]莊家智.梁式橋常見裂縫表現形式及成因分析[J].重慶建筑，2016（1）.

作者簡介：

魏港（1989.10-），男，漢族，湖北天門人，碩士研究生學歷，助理工程師，主要從事橋梁檢測工作。