對T梁U型裂縫的探討分析

張志偉

摘要：裂縫是橋梁運(yùn)營過程中最常見的病害，也是反應(yīng)橋梁狀況是否良好的最重要指標(biāo)。裂縫產(chǎn)生的因素較多且較為復(fù)雜，能夠通過裂縫產(chǎn)生的位置、形態(tài)等特征判斷是否對橋梁結(jié)構(gòu)有較為重要的影響，是橋梁檢測人員必備的基本技能。本文通過對T梁U型裂縫的形態(tài)特征、裂縫間距等方面進(jìn)行詳盡的探討，分析裂縫形態(tài)原因、裂縫間距原因等，以及探討了此類裂縫對結(jié)構(gòu)的影響，從而全面認(rèn)識(shí)此裂縫，為廣大橋梁檢測工作者提供一個(gè)合理參考，以便做出合理、正確的評(píng)估。

Abstract： Crack is the most common damage in the bridge operation， and it is also the most important indicator of bridge condition. The factors of crack are more and complex. It is the basic skill of bridge inspection personnel to determine whether the bridge structure has a more important influence through the location， shape and other characteristics of the crack. Through the detailed discussion of the shape characteristics and crack spacing and other aspects of U type crack in T beam， this paper analyzes the reasons of crack shape and crack spacing and so on， and discusses the influence of such cracks on the structure， so as to fully understand the cracks， to provide a reasonable reference for the majority of bridge testing workers in order to make a reasonable and correct assessment.

關(guān)鍵詞：T梁；U型裂縫；裂縫形態(tài)；裂縫間距

Key words： T beam；U type crack；fracture morphology；crack spacing

中圖分類號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）02-0105-03

0 引言

自上世紀(jì)80年代以來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及其重要組成部分的橋梁事業(yè)均取得了巨大成就：截止到2013年底，我國公路總里程已達(dá)435.62萬公里，全國公路橋梁達(dá)73.53萬座，其中中小橋達(dá)到近65萬座[1]，所占比例高達(dá)88.4%。作為中小跨徑橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式——普通鋼筋混凝土T梁在運(yùn)營過程中面臨由多種因數(shù)所引發(fā)的各種病癥，其中由載重所引起的U型裂縫作為其重要代表。本文通過對此裂縫形態(tài)特征、裂縫間距等分析，采取一定的設(shè)計(jì)、施工措施，裂縫能夠得到有效控制。

1 普通鋼筋混凝土U型裂縫

普通鋼筋混凝土T梁是中小跨徑橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式，其在運(yùn)營過程中產(chǎn)生的U型裂縫是較為普遍的一種裂縫形式，具體表現(xiàn)為：在支座附近兩三米范圍內(nèi)呈現(xiàn)出斜向上約為60°裂縫，逐步向跨中變?yōu)榈湫拓Q向U型裂縫且，這種U型裂縫形態(tài)及裂縫間距均較為有規(guī)律，見圖1。

1.1 裂縫形態(tài)特征

①裂縫形態(tài)。

跨中豎向U型裂縫主要形態(tài)表現(xiàn)為：腹板裂縫寬度兩端小、中間大，底板和腹板靠近翼緣板有較為細(xì)小裂縫，其間裂縫寬度大，兩側(cè)腹板裂縫基本對稱且與底板相連，形成一個(gè)U字形狀，故稱為U型裂縫；這種裂縫主要是由于構(gòu)件受力所產(chǎn)生，其裂縫形態(tài)故與截面配筋及受力相關(guān)。

②裂縫形態(tài)成因。

作為受彎構(gòu)件，截面中性軸以下受拉（會(huì)產(chǎn)生裂縫），上部分受壓（不會(huì)產(chǎn)生裂縫），由于截面底面配有受拉鋼筋，當(dāng)混凝土開裂后受拉鋼筋進(jìn)入工作狀態(tài)，此處雖然拉應(yīng)力最大但由于有鋼筋作用，裂縫在寬度上也表現(xiàn)得較窄；沿截面向上，一般距離400mm左右才會(huì)配置一道縱向鋼筋（腰筋），在沒有縱向鋼筋區(qū)域雖拉應(yīng)力較小但由于沒有鋼筋，其裂縫寬度也表現(xiàn)的較為寬，繼續(xù)向上則是設(shè)置縱向鋼筋（腰筋）或接近受壓區(qū)，此時(shí)是由于拉應(yīng)力很小或接近于0，故裂縫寬度表現(xiàn)的窄，整個(gè)形態(tài)就如同嘴唇一樣“兩端窄，中間寬”——嘴唇縫，如圖2。

1.2 裂縫間距規(guī)律

1.2.1 理論分析

粘接—滑移法[2]認(rèn)為，當(dāng)構(gòu)件的最薄弱面上出現(xiàn)首批裂縫（圖中①）時(shí)，此時(shí)裂縫間距很大。裂縫所在截面混凝土退出工作，全部軸力由鋼筋承擔(dān)，應(yīng)力突增，裂縫兩側(cè)的局部發(fā)生相對滑移；離裂縫①之外，在粘接長度之外各截面都有可能出現(xiàn)第二批裂縫（圖中②），同樣也發(fā)生在相對薄弱截面。故呈現(xiàn)出多條裂縫形態(tài)。

綜合表1、表2可以得出，裂縫間距分布在一定范圍內(nèi)；對不同混凝土等級(jí)及鋼筋型號(hào)，在最小配筋率ρmin時(shí)，裂縫間距范圍為158mm-217mm；當(dāng)在最大配筋率ρmax時(shí)，裂縫間距范圍為57mm-81mm。對相同混凝土等級(jí)及鋼筋型號(hào)在最小和最大配筋率范圍時(shí)，裂縫間距分布范圍更小，例如：當(dāng)為C30混凝土、HRB335鋼筋時(shí)，其裂縫間距約為60mm-179mm。

1.2.2 工程實(shí)際

該梁體采用直徑為25mm的HRB335鋼筋，采用C35混凝土，T梁U型裂縫間距約為15-20cm之間，呈現(xiàn)出較為規(guī)律分布。

1.2.3 成因分析

由理論分析，在鋼筋等級(jí)、混凝土等級(jí)及相應(yīng)配筋率不確定情況下，裂縫間距處于一定的范圍之內(nèi)。在這一范圍內(nèi)，但具體可能開裂的位置還應(yīng)該由某處相對薄弱截面決定，兩相對薄弱截面開裂距離則是裂縫間距。

梁體開裂部位在構(gòu)件薄弱位置，筆者通過對開裂處采用鋼筋探測儀進(jìn)行探測發(fā)現(xiàn)，裂縫位置幾乎為箍筋所在位置，而梁體受彎配置箍筋間距一般為150mm-200mm，正與裂縫間距基本一致，故開裂處即為鋼筋所在位置，也是構(gòu)件的薄弱處所在。這就合理解釋了裂縫間距呈現(xiàn)出的規(guī)律性。箍筋位置為相對薄弱截面主要有以下原因：

①箍筋處截面的混凝土保護(hù)層相對較薄；

②從施工工藝方面，施工振搗由于靠近鋼筋位置，操作人員擔(dān)心振搗對箍筋有影響而不在靠近箍筋位置振搗，此處混凝土則相對不夠密實(shí)。

2 U型裂縫對構(gòu)件的影響

未開裂時(shí)，鋼筋與混凝土共同作用，此時(shí)二者應(yīng)力相等且較小，混凝土抗拉強(qiáng)度約為1-2MPa，當(dāng)超過此值時(shí)，混凝土則會(huì)出現(xiàn)開裂；混凝土開裂后，裂縫處原混凝土承擔(dān)的拉應(yīng)力全部轉(zhuǎn)移到由鋼筋承擔(dān)，此時(shí)才能發(fā)揮鋼筋抗拉性能優(yōu)勢。

對結(jié)構(gòu)承載力而言，開裂雖然削弱了截面剛度，但規(guī)范是允許鋼筋混凝土梁帶裂縫工作的，但對裂縫寬度規(guī)定了一定限值，如《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》CJJ99-2003規(guī)定限值為0.2mm，《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》JTG-H11-2001規(guī)定限值為0.25mm；當(dāng)裂縫寬度小于規(guī)范規(guī)定限值可認(rèn)為對承載力影響不大。

對結(jié)構(gòu)耐久性而言，開裂對構(gòu)件耐久性有較大影響[4]，主要有：①使結(jié)構(gòu)剛度軟化出現(xiàn)大的變形。如果混凝土出現(xiàn)裂縫，將有部分混凝土退出工作，從而減弱構(gòu)件剛度，影響結(jié)構(gòu)的正常使用；②影響外觀：隨著裂縫的發(fā)展致使混凝土構(gòu)件外表裝飾層脫落；③加快混凝土材料的裂化和內(nèi)部鋼筋的腐蝕。加速構(gòu)件抗力劣化，出現(xiàn)承載力不足安全性破壞。相比之下，前兩者對T粱結(jié)構(gòu)耐久性的影響不大，應(yīng)主要考慮裂縫對混凝土腐蝕和內(nèi)部鋼筋腐蝕的影響。圖5給出了T梁結(jié)構(gòu)中裂縫與腐蝕的相互關(guān)系。

3 小結(jié)

U型裂縫是鋼筋混凝土T梁最常見裂縫，本文通過對此裂縫形態(tài)的研究探討，裂縫間距的理論分析，實(shí)際情況描述等，將U型裂縫形態(tài)原因、裂縫間距原因進(jìn)行了詳盡的闡述；在對結(jié)構(gòu)影響方面，此種裂縫在寬度值小于規(guī)范規(guī)定的限值情況下，雖對構(gòu)件安全性影響不大，但對結(jié)構(gòu)耐久性十分不利。在設(shè)計(jì)階段，腹板布置合理的縱向鋼筋，施工階段對箍筋所在薄弱截面的精細(xì)施工，裂縫能夠得到有效控制；此外，中小跨徑橋梁采用預(yù)應(yīng)力梁或者采用交通部推廣的中小橋梁鋼橋結(jié)構(gòu)也能有效避免此類病害的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

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