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，但是會給橋梁結構埋下安全隱患，任其發(fā)展最終將破壞結構的使用功能 ，縮短壽命。因此，對混凝土橋梁結構裂縫產生的成因、裂縫檢測方法進行分析就很有必要。本文將通過斷裂損傷力學來分析混凝土裂縫產生的原因，并對目前行業(yè)內混凝土橋梁裂縫檢測的方法進行歸納，為實際工作中針對混凝土結構裂縫養(yǎng)護維修的方案制作提供參考。 關鍵詞：橋梁裂縫；斷裂與損傷力學；原因分析；檢測方法 0引言 混凝土結構由于其價格低廉、取材方便、外觀可塑性強、力學性能優(yōu)越且易于養(yǎng)護的特點，早已成為業(yè)內使用最為廣泛的建筑材料。然而，大量調研結果顯示，大部分混凝土橋梁都是帶裂縫工作的，裂縫是橋梁建設中常見的病害，小裂縫一般對結構影響不大，能夠允許其存在，而大裂縫將間接甚至直接影響結構的使用壽命和安全性能。我國規(guī)范已經針對裂縫問題給出一定的限制，以保證混凝土結構正常使用。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，由于混凝土結構的裂縫問題導致橋梁出現(xiàn)安全隱患甚至垮塌的事故早已不是新聞。橋梁結構開裂一直是混凝土結構的常見病害。為了加強對橋梁裂縫的認識，本文具體歸納了混凝土結構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生的宏觀裂紋有著密切的關系，結構桿件整體破壞的原因是局部化的破壞所引起的，所以混凝土結構的破壞與其自身局部損傷與裂縫的產生有著密切的關系，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，其抗壓強度遠遠大于抗拉強度，混凝土拉壓強度的不均勻是混凝土材料的重要特性之一，混凝土結構在受拉的部位容易形成損傷和裂縫，會極大地影響了結構的強度和剛度最終影響到結構的適用壽命和安全。
2裂縫的成因分析
2.1橋梁地基形變造成的裂縫
因為基礎豎向不均勻沉降或者水平方向產生位移，使得結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。基礎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，其在運行過程中會受到常規(guī)靜載荷、外部動載荷、以及各種次應力作用，通常由于荷載直接應力或相應次應力導致橋梁發(fā)生的裂縫類型稱為荷載裂縫。橋梁上運行的外部荷載引起的橋梁裂縫稱為直接應用裂縫，設計、施工、以及日常養(yǎng)護過程中不合理方案和措施均可能導致橋梁發(fā)生直接應力裂縫?；炷翗蛄荷系耐夂奢d引起的次生應力會隨橋梁結構傳輸?shù)揭恍┍∪醪课?，造成該部位發(fā)生裂縫。從大量文獻和實際工作經驗可知，次應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，即當橋梁運營的外部環(huán)境或內部約束條件發(fā)生變化時，橋梁相應構件內部力學結構作用就會發(fā)生變化，產生一定應力，如果應力超過設計允許的抗拉強度，則會產生裂縫。
2.4鋼筋腐蝕裂縫
在混凝土澆筑時，澆筑的質量比較差或者是鋼筋混凝土保護層厚度不夠時，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形成的氧化膜，從而對鋼筋進行侵蝕。因為鋼筋銹蝕物的體積要比原來鋼筋的體積大好幾倍，所以會產生一定的膨脹應力，最終導致混凝上保護層的開裂、脫離。鋼筋發(fā)生銹蝕后會減小原有的有效承載面積，進而使鋼筋混凝土結構的承載力不斷的下降，誘發(fā)其鋼筋混凝土產生裂縫。
2.5混凝土自身應力形成裂縫
1.收縮裂縫：
水分子與水泥顆粒結合后體積變小為凝縮，水分蒸發(fā)體積變小為干縮。收縮內小外大，有收縮梯損度，表面收縮拉力超抗拉強度則產生裂縫，其無規(guī)則裂縫小。
2.強度裂縫：
1）大體積混凝土在凝固過程中有水化熱產生，內部溫度可達80℃以上一般 24h產生，4d達最高值，7d～10d恢復常溫，熱膨脹產生裂縫（必須防止）。此外天氣冷熱變化混凝土由收縮和膨脹產生的溫度應力大于抗拉強度也產生裂縫。
2）蒸汽養(yǎng)護冷熱溫差大，內外溫度不均勻時也會產生裂縫。
3）新舊混凝土接頭，沿接縫面的上方也易產生強度裂。
4）預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)展后果不堪設想，所以早期檢測出來并有針對性地進行加固防護，就能最大限度上避免災害的發(fā)生。橋梁損傷分“內傷”和“外傷”，即內部破損和外部斷裂，外部斷裂還是比較好檢測的，然而內部損傷無法用肉眼去識別，必須借助一些專業(yè)檢測儀器和科學的分析方法來推測其實際情況。下面就介紹幾種檢測內部裂縫的具體方法。
3.1沖擊彈性波法
把彈性體內傳播的波總稱為彈性波，人工發(fā)射彈性波到彈性體內探測彈性體內的狀態(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構完整性的無損檢測方法。材料中因裂縫擴展、塑性變形或相變等引起應變能快速釋放而產生的應力波現(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、 錄象機、放射線、紅外線攝影等進行檢測。
3.4超聲波檢測。
超聲波檢測就是以超聲波為媒介，獲得物體內部信息的一種方法。目前超聲波不僅僅是應用于醫(yī)療診斷，在鋼材探傷、魚群信息探測等多個領域都能見到超聲波的身影。在這些不同的領域中，由于組成顆粒的密度分布均勻，所以超聲波能很好的傳播，對內部缺陷及位置都能準確地檢測出來。
4結語
一座橋梁從建造到投入運營，從設計、施工到運營養(yǎng)護，每一個環(huán)節(jié)都可能會產生裂縫。于是充分認識到裂縫產生的原因，嚴格遵循我國規(guī)范要求，有針對性的進行進行設計和施工，是控制橋梁混凝土結構開裂的前提和基礎。運營過程中，通過各種有針對性的檢測方法來對橋梁健康狀況進行評價，也是日常養(yǎng)護的一個重要環(huán)節(jié)。
