橋梁的裂縫分析及檢測方法
更新時間：2021-05-15 10:06
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混凝土橋梁的裂縫隨處可見，從力學(xué)角度看，裂縫病害一般不會直接影響其承載能力，但是會給橋梁結(jié)構(gòu)埋下安全隱患，任其發(fā)展最終將破壞結(jié)構(gòu)的使用功能 ，縮短壽命。因此，對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的成因、裂縫檢測方法進(jìn)行分析就很有必要。本文將通過斷裂損傷力學(xué)來分析混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并對目前行業(yè)內(nèi)混凝土橋梁裂縫檢測的方法進(jìn)行歸納，為實際工作中針對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫養(yǎng)護(hù)維修的方案制作提供參考。 關(guān)鍵詞：橋梁裂縫；斷裂與損傷力學(xué)；原因分析；檢測方法 0引言 混凝土結(jié)構(gòu)由于其價格低廉、取材方便、外觀可塑性強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)越且易于養(yǎng)護(hù)的特點，早已成為業(yè)內(nèi)使用最為廣泛的建筑材料。然而，大量調(diào)研結(jié)果顯示，大部分混凝土橋梁都是帶裂縫工作的，裂縫是橋梁建設(shè)中常見的病害，小裂縫一般對結(jié)構(gòu)影響不大，能夠允許其存在，而大裂縫將間接甚至直接影響結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性能。我國規(guī)范已經(jīng)針對裂縫問題給出一定的限制，以保證混凝土結(jié)構(gòu)正常使用。近年來，我國的交通事業(yè)發(fā)展迅猛，全國各地興建了許許多多的鋼筋混凝土橋梁。然而橋梁的修建和使用過程中，由于混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)安全隱患甚至垮塌的事故早已不是新聞。橋梁結(jié)構(gòu)開裂一直是混凝土結(jié)構(gòu)的常見病害。為了加強(qiáng)對橋梁裂縫的認(rèn)識，本文具體歸納了混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因以及裂縫檢測的方法，以方便實際工作中針對裂縫問題的加固維修提供一些參考。
1混凝土中的斷裂損傷過程
試件的破壞與局部產(chǎn)生的宏觀裂紋有著密切的關(guān)系，結(jié)構(gòu)桿件整體破壞的原因是局部化的破壞所引起的，所以混凝土結(jié)構(gòu)的破壞與其自身局部損傷與裂縫的產(chǎn)生有著密切的關(guān)系，試件在單軸拉伸時，裂紋會在某一薄弱部位開始形成、發(fā)展并最終斷裂破壞。而且混凝土屬于抗壓材料，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，混凝土拉壓強(qiáng)度的不均勻是混凝土材料的重要特性之一，混凝土結(jié)構(gòu)在受拉的部位容易形成損傷和裂縫，會極大地影響了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度最終影響到結(jié)構(gòu)的適用壽命和安全。
2裂縫的成因分析
2.1橋梁地基形變造成的裂縫
因為基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或者水平方向產(chǎn)生位移，使得結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降造成橋梁出現(xiàn)不同程度的裂縫問題。
2.2荷載裂縫
橋梁是兩跨度較大位置點直接連接的載體，其在運(yùn)行過程中會受到常規(guī)靜載荷、外部動載荷、以及各種次應(yīng)力作用，通常由于荷載直接應(yīng)力或相應(yīng)次應(yīng)力導(dǎo)致橋梁發(fā)生的裂縫類型稱為荷載裂縫。橋梁上運(yùn)行的外部荷載引起的橋梁裂縫稱為直接應(yīng)用裂縫，設(shè)計、施工、以及日常養(yǎng)護(hù)過程中不合理方案和措施均可能導(dǎo)致橋梁發(fā)生直接應(yīng)力裂縫?；炷翗蛄荷系耐夂奢d引起的次生應(yīng)力會隨橋梁結(jié)構(gòu)傳輸?shù)揭恍┍∪醪课唬斐稍摬课话l(fā)生裂縫。從大量文獻(xiàn)和實際工作經(jīng)驗可知，次應(yīng)力裂縫是混凝土橋梁裂最常見的荷載裂縫。
2.3溫差裂縫
混凝土具有明顯的熱脹冷縮的特性，即當(dāng)橋梁運(yùn)營的外部環(huán)境或內(nèi)部約束條件發(fā)生變化時，橋梁相應(yīng)構(gòu)件內(nèi)部力學(xué)結(jié)構(gòu)作用就會發(fā)生變化，產(chǎn)生一定應(yīng)力，如果應(yīng)力超過設(shè)計允許的抗拉強(qiáng)度，則會產(chǎn)生裂縫。
2.4鋼筋腐蝕裂縫
在混凝土澆筑時，澆筑的質(zhì)量比較差或者是鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不夠時，在外界空氣中二氧化碳和二氧化硫等酸性氣體的作用下，對鋼筋混凝土周圍的堿度起到中和作用，不僅會降低混凝土的堿性，而且會破壞鋼筋表面已經(jīng)形成的氧化膜，從而對鋼筋進(jìn)行侵蝕。因為鋼筋銹蝕物的體積要比原來鋼筋的體積大好幾倍，所以會產(chǎn)生一定的膨脹應(yīng)力，最終導(dǎo)致混凝上保護(hù)層的開裂、脫離。鋼筋發(fā)生銹蝕后會減小原有的有效承載面積，進(jìn)而使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力不斷的下降，誘發(fā)其鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫。
2.5混凝土自身應(yīng)力形成裂縫
1.收縮裂縫：
水分子與水泥顆粒結(jié)合后體積變小為凝縮，水分蒸發(fā)體積變小為干縮。收縮內(nèi)小外大，有收縮梯損度，表面收縮拉力超抗拉強(qiáng)度則產(chǎn)生裂縫，其無規(guī)則裂縫小。
2.強(qiáng)度裂縫：
1）大體積混凝土在凝固過程中有水化熱產(chǎn)生，內(nèi)部溫度可達(dá)80℃以上一般 24h產(chǎn)生，4d達(dá)最高值，7d～10d恢復(fù)常溫，熱膨脹產(chǎn)生裂縫（必須防止）。此外天氣冷熱變化混凝土由收縮和膨脹產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度也產(chǎn)生裂縫。
2）蒸汽養(yǎng)護(hù)冷熱溫差大，內(nèi)外溫度不均勻時也會產(chǎn)生裂縫。
3）新舊混凝土接頭，沿接縫面的上方也易產(chǎn)生強(qiáng)度裂。
4）預(yù)埋鐵件焊接措施不妥，受熱不均勻。
3裂縫的無損檢測
眾所周知，裂縫問題是混凝土橋梁的常見病害之一，任由其發(fā)展后果不堪設(shè)想，所以早期檢測出來并有針對性地進(jìn)行加固防護(hù)，就能最大限度上避免災(zāi)害的發(fā)生。橋梁損傷分“內(nèi)傷”和“外傷”，即內(nèi)部破損和外部斷裂，外部斷裂還是比較好檢測的，然而內(nèi)部損傷無法用肉眼去識別，必須借助一些專業(yè)檢測儀器和科學(xué)的分析方法來推測其實際情況。下面就介紹幾種檢測內(nèi)部裂縫的具體方法。
3.1沖擊彈性波法
把彈性體內(nèi)傳播的波總稱為彈性波，人工發(fā)射彈性波到彈性體內(nèi)探測彈性體內(nèi)的狀態(tài)，是廣義的彈性波探測法。雖然沖擊彈性波法與超聲波法的原理是一樣的，但是相比于超聲波測定的裂縫深度深得多，沖擊彈性波法只能檢測擴(kuò)展方向與表面成直角，沒有分支的單純裂縫。
3.2聲發(fā)射檢測法。
聲發(fā)射檢測法是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號來評定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的無損檢測方法。材料中因裂縫擴(kuò)展、塑性變形或相變等引起應(yīng)變能快速釋放而產(chǎn)生的應(yīng)力波現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。和其他方法最大的不同是只能檢測正在發(fā)生的裂縫，不能檢測已發(fā)生的舊裂縫。
3.3攝影檢測法。
攝影檢測法主要用作混凝土表面的裂縫攝影法包括普通照相機(jī)、 錄象機(jī)、放射線、紅外線攝影等進(jìn)行檢測。
3.4超聲波檢測。
超聲波檢測就是以超聲波為媒介，獲得物體內(nèi)部信息的一種方法。目前超聲波不僅僅是應(yīng)用于醫(yī)療診斷，在鋼材探傷、魚群信息探測等多個領(lǐng)域都能見到超聲波的身影。在這些不同的領(lǐng)域中，由于組成顆粒的密度分布均勻，所以超聲波能很好的傳播，對內(nèi)部缺陷及位置都能準(zhǔn)確地檢測出來。
4結(jié)語
一座橋梁從建造到投入運(yùn)營，從設(shè)計、施工到運(yùn)營養(yǎng)護(hù)，每一個環(huán)節(jié)都可能會產(chǎn)生裂縫。于是充分認(rèn)識到裂縫產(chǎn)生的原因，嚴(yán)格遵循我國規(guī)范要求，有針對性的進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計和施工，是控制橋梁混凝土結(jié)構(gòu)開裂的前提和基礎(chǔ)。運(yùn)營過程中，通過各種有針對性的檢測方法來對橋梁健康狀況進(jìn)行評價，也是日常養(yǎng)護(hù)的一個重要環(huán)節(jié)。
