戴志新
双峰县人才交流中心 单位邮编：417000
摘要:在公路工程建设中，在混凝土结构施工中，混凝土结构不同程度地出现大小、深浅不一的各类裂缝。本文着重说明了混凝土结构裂缝的成因、对结构物的影响危害、防止与修复。
关键词：混凝土结构 ，裂缝，分析，防治
1 前言
随着高速公路和市政工程等基础设施建设的快速发展，预应力混凝土连续梁桥迅速发展和广泛应用，预应力混凝土连续梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等一系列优点，受到业主和设计、施工单位的欢迎。但大跨度连续梁桥的大量修建，出现或大或小的问题的桥梁也越来越多。尤以混凝土结构开裂问题最为突出。
2 外因条件裂缝的分类
2.1收缩裂缝
1.塑性收缩裂缝：在施工过程中，在混凝土浇注后3-6h(根据砼强度高低有所变化)左右，水泥的水化反应激烈，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉。在骨料下沉过程中如果遇到钢筋(预应力波纹管)阻挡，便形成线形裂缝。
2.缩水收缩裂缝：水泥硬化过程中，混凝土表面水分损失快，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。表面收缩变形受到内部混凝土的约束使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过抗拉强度时便形成裂缝。
3.自生收缩裂缝：水泥硬化过程中，水泥与水发生水化反应引起的收缩变形在混凝土表面形成的龟缩裂隙。
2.2温度裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，日照、骤然降温、水化热等外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土就会产生变形，当形变受到约束时，则在结构内部产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。
2.3基础变形裂缝
1.地基地质差异太大。建在山区河沟起伏处的桥梁，地形变化较大，甚至有软弱地质存在，由于地基土压缩性不同而引起不均匀沉降。
2.结构荷载差异太大。在地质情况一致的条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降。
3.结构基础类型差别大。在同一联桥梁中混合使用不同类型基础(如桩基础和扩大基础)，或同时采用桩基础但桩长和桩径不一致时，或同时采用扩大基础但基底标高差异较大时，都可能产生地基的不均匀沉降。
2.4钢筋锈蚀裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不够，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或氯化物介入都会引起钢筋锈蚀。由于锈蚀，钢筋体积膨胀导致混凝土保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝。
防止钢筋锈蚀，应根据规范要求，采用足够的保护层厚度，施工时严格控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气和其它腐蚀性气体、介质侵入。
3 力学特性裂缝的分类
3.1 剪切裂缝
剪切裂缝又称为斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位。剪切裂缝一般发生在支点附近，由主拉应力引起，沿中性轴线呈25°~45°开裂。随着荷载的增加，裂缝长度不断向受压区发展，裂缝数量不断增加并分叉，裂缝区也逐渐向跨中方向发展。最终形成剪切破坏。
3.2 弯曲裂缝
弯曲裂缝一般是垂直裂缝，是混凝土构件受弯矩作用产生的裂缝。弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的混凝土受拉区。梁、板结构的正弯矩裂缝一般发生在跨中，从低处向上发展，负弯矩裂缝位于连续梁的支点或悬臂梁的根部上缘，从上往下发展。弯曲裂缝随着荷载的增大，裂缝宽度增大、长度加长、条数增多。开裂区域逐渐向两侧发展。
3.3断开裂缝
混凝土构件受拉时截面上产生的裂缝称为断开裂缝。这类裂缝是受拉构件在荷载作用下产生的，并沿正截面开展。荷载小时，混凝土和钢筋共同受拉，构件处于未开裂状态，荷载增大，混凝土达到抗拉强度而开裂，混凝土退出工作，全部拉力由钢筋承担，荷载继续增大，钢筋应力达到流限，钢筋延伸率增大，裂缝宽度超过允许值，构件处于临界破坏状态。
3.4 局部应力裂缝
1.剪跨比：剪跨比对梁的抗剪强度产生重要影响，弯矩与剪力比值的大小决定梁的抗剪能力，剪跨比越大，梁的抗剪能力越小，反之亦然。
2.混凝土强度等级：混凝土强度等级越高，梁的抗剪能力越强。
3.抗剪钢筋：抗剪钢筋包括箍筋和弯起钢筋两种，其对梁的抗剪能力产生重要影响，抗剪钢筋可以增加构件的延性，对钢筋混凝土梁的斜截面强度起重要的保证作用。
4 发生部位的裂缝分类
4.1腹板裂缝
1．主拉应力产生的腹板斜裂缝：混凝土连续梁型桥主要结构斜裂缝分布于距离支座L/4附近的腹板上，呈45°分布，分析认为，出现这种裂缝主要是桥梁支座附近的剪应力较大，腹板抗剪能力不足，以及主拉应力方向抗裂储备考虑不充分等原因引起。
桥梁在弯矩、剪力、扭矩共同作用下，虽然处在复杂的空间受力状态，但分析其腹板受力状态时仍近似为平面应力状态，主要为腹板平面内的纵向正应力、竖向正应力、剪应力、而横向正应力以及剪应力、数值极小，可以忽略不计。因此在双向应力作用下，主应力计算公式可表述为：
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假定梁截面形状在变形过程中保持不变，腹板竖向正应力═0，在腹板的上下缘剪应力═0，中性轴附近剪应力最大。如果主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，腹板就会产生斜裂缝。
2． 锚后拉应力产生的腹板斜裂缝：预应力桥梁张拉工艺在锚垫板(锚圈)位置产生局部的高能压力而导致混凝土产生蠕变。如果锚后受拉钢筋配置数量不足，则在锚固区的接缝面容易发生裂缝。
3竖向正应力产生的腹板水平裂缝：主要发生在边跨支座附近和中跨L/43 L/4之间，位于腹板上缘，按照式(1)，计入腹板竖向正应力的影响，很明显在腹板上缘的主拉应力容易超过有关设计规范的规定。由于板上缘处的剪应力为0，主拉应力的方向与腹板竖向方向基本相同。所以一般在上缘产生水平裂缝。
4.2 顶、底板裂缝
桥梁顶、底板裂缝是由于桥梁畸变和横向弯曲产生的。按照式(1)计算桥梁顶、底板的主应力，必须考虑顶、底板横向的正应力。由于在箱梁顶、底板处的剪应力较小，所以主应力的方向大致与桥梁顶、底板的横向方向相同，那么产生裂缝的方向大致与桥轴方向平行。另外，温度差或收缩引起的局部应力、顶、底板齿板受力、曲线配索的横向受力、预应力钢筋锚头处局部受力、截面分层和施工接缝处的局部应力都有可能产生严重的局部应力而使顶、底板开裂。
4.3 横隔板裂缝
桥梁横隔板孔洞的放射性裂缝主要是由孔洞周围应力集中产生的，竖向裂缝一般产生于支座处的横梁，是由支座的支反力作用引起，分似于轴向受压构件在受到轴向压力作用下产生的轴向劈裂裂缝。避免该类裂缝的产生，首先应进行局部的有限元分析，对可能发生竖向裂缝的部位增加防裂构造钢筋。
5 结论
混凝土桥梁产生裂缝，一般都非常敏感。正确认识、具体分析对待，首先分析裂缝产生的原因、位置、性质、特征，然后分析裂缝对安全、使用、耐久性的影响，最后有针对性地采取决策措施(维修、加固、更换等)。对于温度裂缝，主要以增加非预应力钢筋和降低预应力束位置来减少裂缝宽度。对非荷载裂缝，主要通过控制施工质量和合理计算构件配筋来预防和控制，而结构(荷载)裂缝，只有通过科学计算追踪应力流，确定合理结构尺寸，并且合理配置预应力束和非预应力钢筋才能防止。必要数量的的非预应力钢筋对于限制裂缝宽度非常重要。根本办法是加强施工质量监督管理，实施施工全过程监控，才能控制并且消除配筋混凝土梁发生裂缝。
二0一三年四月于常德柳叶湖
参考文献
1 唐宏伟，等.大体积混凝土裂缝控制技术[?].铁道标准设计，2001，21(4)
2 金义.现浇梁纵向裂缝的原因分析和维修[?].安徽建筑，2003(6)
3 李海军.连续梁桥预应力箱梁桥腹板裂缝成因浅析[?].华东公路，2003(3)