混凝土箱梁开裂相关研究现状与展望

摘要：混凝土的使用量可以说是当今世界上最广泛的，混凝土箱梁大量采用混凝土材料，极有可能产生裂缝。混凝土幵裂后，水分和空气通过裂缝渗入混凝土中会造成钢筋的诱蚀。而如今的混凝土箱梁均采用预应力钢筋，预应力钢筋在在实际工作过程中处于高应力状态，如果发生由于受到外界因素影响产生锈蚀甚至脆断，将对桥梁的安全性和耐久性产生重大的影响。本文对混凝土箱梁开裂的相关研究现状进行了总结，并提出了混凝土箱梁相关的控制开裂的措施，并对目前箱梁的研究提出了展望。

关键词：混凝土箱梁；开裂；处理措施；桥梁

1 引言

作为一种工程材料，混凝土的使用量可以说是当今世界上最广泛的。在混凝土结构的使用过程中，受土壤中、水中、及空气中有害介质的侵蚀，或混凝土材料本身有害成分的物理、化学作用，会产生劣化，宏观上会出现开裂、剥落、膨胀、松软及强度下降等，严重影响了混凝土结构的使用寿命，甚至会发生结构破坏、倒塌，造成人员伤亡和经济损失。混凝土的幵裂问题是个十分复杂又比较常见的问题，不仅是混凝土结构劣化病变的宏观体现，也会进一步引起其他病害的发生与发展。

混凝土箱梁大量采用混凝土材料，极有可能产生裂缝。混凝土幵裂后，水分和空气通过裂缝渗入混凝土中会造成钢筋的诱蚀。而如今的混凝土箱梁均采用预应力钢筋，预应力钢筋在在实际工作过程中处于高应力状态，如果发生由于受到外界因素影响产生锈蚀甚至脆断，将对桥梁的安全性和耐久性产生重大的影响。混凝土裂缝的产生不仅在强度上面会对结构产生影响，也会在刚度上面对桥梁结构产生影响。裂缝的产生，将使桥梁的刚度下降，使桥梁下烧值增加。并且随着桥梁刚度降低，受力体系发生变化，将导致内力重新分配，引起裂缝扩展，形成恶性循环。在高速铁路中，对于行车的平顺性和舒适性有相当严格的要求，所以对裂缝问题的研究和控制日益严峻。

对混凝土箱梁开裂问题进行研究可以分析混凝土裂缝产生的机理，制定出相应的对策。通过探究混凝土箱梁裂缝形成的原因，可以总结出预防方法，降低有害裂缝的出现。并且在有害裂缝出现之后，也可以对症下药采取相对的补救措施，这样能有效提高混凝土箱梁的耐久性和防水性，延长结构物的耐用年数。

2 混凝土箱梁开裂原因的分析

在现实生活中，混凝土裂缝问题是个比较常见的问题。裂缝产生的原因也是多种多样的，除了常见的温度应力过大引起裂缝之外，材料性能、施工工艺以及混凝土的收缩徐变等都可能导致混凝土产生裂缝。裂缝的分类也有多种，按照产生的外因，一般将其分成荷载裂缝和非荷载裂缝。

荷载裂缝指由外荷载作用产生的裂缝，又称之为第一类裂缝。荷载裂缝的产生主要是由于相应部位的拉应力、剪应力、扭转应力、弯曲应力等超过了结构的极限承载能力，导致了裂缝的产生。通过产生机理可以看出，荷载裂缝通常出现在箱梁中的应力集中区，也就是拉应力、剪应力、扭转应力、弯曲应力等应力集中的部位。荷载裂缝根据作用的荷载不同，又分为受拉裂缝、扭转裂缝、剪切裂缝和弯曲裂缝等。

非荷载裂缝指由于各种变形引起的裂缝，又称之为第二类裂缝。非荷载裂缝的产生主要是由于结构自身的变形引起的。例如结构由于温度变化引起的温度变形，由于混凝土收缩引起的收缩变形，由于地基不均匀沉降引起的相应点的沉降等等。由于混凝土箱梁在实际的施工和使用过程中，都是受到一定的外界约束的，当这些形变产生后，就会引起相应部位附加应力的产生。当形变增大，附加应力也随之增大。当附加应力大于混凝土的抗拉强度时，就可能引起混凝土幵裂，导致裂缝的产生。非荷载裂缝按照成因可以分为温度裂缝、收缩产生的裂缝和基础变位裂缝等。

3 混凝土箱梁开裂问题研究现状

国内外学者对于混凝土裂缝的研究是比较多的。新西兰学者Priestiey[1]曾做了一座奥克兰高架桥的试验模型。通过对实验模型的研究，他发现箱梁结构的温度分布并非线性的，他根据实验模型的温度分布情况提出用非分线性的函数来模拟混凝土箱梁的温度分布。BruceHunt[2]通过将箱梁假设为由一系列的平板组成来将复杂的立体应力应变问题转变成平面应变问题，通过这种办法可以有效地求出箱梁各部分的应力值。1972年Z.RBazant对F.Dischinger提出的方程进行修正，形成了如今广泛在计算机模拟中应用的“丁-3”法[3]。Bazant在1979年提出了BP模型，用来对混凝土进行徐变预测。随后，他进一步对模型进行改进，使模型跟实际更加符合[4]。1988年，Bemader[5]等人对于混凝土早期裂缝问题进行了相关的研究，阐明了混凝土早期幵裂的机理，并指出水化热产生的温度应力是混凝土早期幵裂的主要影响因素之一。其随后做了大量实验，并提出了对于大体积混凝土应力和裂缝控制的方法。

4 箱梁裂缝处理和预防

4.1设计方面

连续刚构桥箱梁施工裂缝控制在设计方面的措施主要包含以下三个方面：（1）合理选择箱梁下缘曲线大跨径混凝土刚构桥多采用变截面箱梁，底板曲线形式常采用半立方抛物线或二次抛物线。（2）合理设计预应力这要求控制预应力度在较合理的范围内。在全预应力设计桥梁底部，根据经验，一般可留2.0～3.0MPa的压应力储备较为稳妥。过大的预应力预留对梁受力不利。但设计时有些设计人员误认为压力储备越大越安全，其实这种做法既浪费钢束，又会导致纵向裂缝的产生。（3）合理选用桥跨比与箱梁截面尺寸。

4.2施工方面

连续刚构桥箱梁施工裂缝控制在施工方面的措施主要包含以下七方面：（1）严格依据设计定位底板的波纹管及防崩钢筋；（2）施工误差严格控制施工误差和预应力孔道偏差将增大竖向应力，产生预应力束径向力，施工过程中需要进行严格控制。跨度较大桥梁施工时，必须对施工进行监控，严格控制施工误差，发现问题后以及时采取处理措施；（3）加强上下层钢筋联系。

5 结论

本文总结了混凝土箱梁开裂的相关研究，同时对混凝土箱梁开裂的原因进行了深入的分析，提出了箱梁裂缝处理和预防措施，并对未来的研究进行了相关的展望，可为未来施工单位及监理单位控制混凝土箱梁的开裂提供参考。

参考文献（References）：

[1]彭其渊等.客运专线运输组织[M].北京：机械工业出版社，2007，1： 1-13.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.中长期铁路网规划（2008年调整）[Z].2008

[3]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1999：1-10.

[4]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000：1-13.

[5]Kristek V. Theory of Box Girders [M]. New York； John Wiley & Sons， 1979：44-46.

作者简介： 张荣维，男（1989—），汉族，籍贯，江苏张家港，助理工程师，研究方向：桥梁施工与管理