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混凝土梁橋的裂縫
更新時間:2021-04-10 17:51
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    初始微裂縫的形成與種類,產(chǎn)生混凝土初始微裂縫(initial microcrack)的原因可用材料組分的構(gòu)造理論加以解釋,即視混凝土為集料、硬化水泥漿、氣體、水分等所組成的非勻質(zhì)材料。在水泥漿硬化過程中,伴隨溫度、濕度條件的變化,同時產(chǎn)生體積變形。這種變形是不均勻的,水泥漿收縮較大,集料收縮很??;水泥漿的熱膨脹系數(shù)大,而集料較小,它們之間的變形不是自由的,產(chǎn)生相互約束應(yīng)力。在構(gòu)造理論中通過建立簡單的計(jì)算模型,可以模擬裂縫的萌生。這就是說,結(jié)構(gòu)混凝土在承受載荷以前,內(nèi)部就存在初始微裂縫(寬度大約在103mm量級,長度在1-2mm)。

 

    從分布位置看,主要有三種。(1)界面微裂縫:發(fā)生在集料與水泥石的黏結(jié)面上,主要沿集料周圍出現(xiàn);(2)水泥漿微裂縫:產(chǎn)生于硬化水泥漿中的裂縫,分布在集料之間;(3)集料裂縫:是指集料自身具有的裂縫。在這三種裂縫中,界面微裂縫和水泥漿微裂縫較多,集料裂縫較少。由于微裂縫的分布是不規(guī)則的與非貫穿的,故具有微裂縫的混凝土仍可以承受拉力,但在拉力作用下微裂縫容易擴(kuò)展,并且混凝土材料的非均勻性,對混凝土抗拉能力甚為敏感,故抗拉強(qiáng)度的離散程度遠(yuǎn)較抗壓強(qiáng)度離散性大。實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的裂縫,絕大多數(shù)由抗拉強(qiáng)度或拉伸應(yīng)變不足而引起。以上討論的是初始微裂縫形成的一般機(jī)理,下面結(jié)合荷載作用和環(huán)境作用,進(jìn)一步探討裂縫的發(fā)展特征。

 

    結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)性裂縫,廣義地說,橋梁結(jié)構(gòu)不外乎承受兩種作用:一是荷載作用,二是非荷載作用。這里將由荷載作用產(chǎn)生的裂縫稱為“結(jié)構(gòu)性裂縫”,由非荷載因素作用產(chǎn)生的裂縫稱為“非結(jié)構(gòu)性裂縫”。

 

    結(jié)構(gòu)性裂縫起因于荷載作用,包括直接荷載作用和間接荷載作用。直接荷載是指恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、風(fēng)等;間接荷載來源于溫度、徐變、收縮、基礎(chǔ)沉降、松弛等。也有人將間接荷載稱為“變形荷載”或“第二類荷載”。

 

    對于直接荷載引起的裂縫,一般可以按照結(jié)構(gòu)力學(xué)方法來分析內(nèi)力,依據(jù)材料力學(xué)理論來計(jì)算應(yīng)力,再根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理由應(yīng)力推算裂縫寬度及間距。用這種方法計(jì)算的裂縫,似乎是在一瞬時發(fā)生并一次完成的,是個“一次過程”。

 

    目前,對直接荷載所引起裂縫的試驗(yàn)研究已比較成熟,包括在拉、壓、彎、剪、扭情況下的開裂條件與裂縫形態(tài)。以單軸受壓為例,一般可以將混凝土的破壞過程分為三個階段。

 

    ①當(dāng)混凝土的壓應(yīng)力低于30%-50%的極限應(yīng)力,界面微裂縫因應(yīng)力集中而略有發(fā)展,處于相對穩(wěn)定期;卸載后的殘余變形很小,認(rèn)為此時材料處于線彈性狀態(tài)。

 

    ②當(dāng)混凝土壓應(yīng)力增大到50%-75%極限應(yīng)力時,原有的界面微裂縫逐漸延伸和加寬,并逐漸進(jìn)入水泥砂漿,新的裂縫也不斷出現(xiàn)。但是當(dāng)荷載停止增長時,裂縫的發(fā)展亦將停滯。此時,裂縫處于穩(wěn)定擴(kuò)展階段。

 

    ③隨著混凝土壓應(yīng)力的進(jìn)一步增大,界面裂縫以及水泥砂漿中的裂縫都迅速地延展和加寬,形成連續(xù)裂縫;在這一階段,即使應(yīng)力保持不變,裂縫仍然發(fā)展,處于不穩(wěn)定狀態(tài)?;炷帘回炌ǖ牧芽p分割,逐漸喪失承載力。

 

    非結(jié)構(gòu)性裂縫,這里所講的非結(jié)構(gòu)性裂縫,是指非荷載因素產(chǎn)生的裂縫,諸如:混凝土早期收縮裂縫、水化熱裂縫,以及施工期混凝土澆筑時的模板支架沉降引起的裂縫;使用后期由環(huán)境侵蝕等引起的裂縫,如鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、碳化、堿—集料反應(yīng)等引起的裂縫。

 

    按照混凝土橋梁的施工期和使用期。使用期裂縫雖是各種直接和間接荷載作用的結(jié)果,但也是混凝土形成期與施工期微裂縫的顯化;同樣,在橋梁使用后期,車輛活載、環(huán)境溫度的疲勞作用累積和日積月累的環(huán)境侵蝕,也會使裂縫擴(kuò)展到危險的境地。

 

文章出自橋梁動靜載荷試驗(yàn)m.sassysouthernmamas.com,轉(zhuǎn)載請注明。

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