基于桥梁检测中常见混凝土梁式桥裂缝的几种表现形式和原因分析

魏港 王晓霜

【摘要】我国是桥梁大国，大部分为预应力混凝土和普通钢筋混凝土梁式结构，梁式桥梁受力特点为以受弯为主。近年来笔者参与了逾百座梁式桥梁检测工作，对桥梁病害尤其是梁式桥的裂缝有一些了解，现就基于混凝土梁式桥梁检测经验对桥梁裂缝的表现形式和产生的原因等问题进行分析和总结。

【关键词】混凝土梁式桥梁检测;桥梁裂缝;表现形式和原因分析

1、裂缝的概念和危害

根据笔者多年检测实践，在役梁式桥梁，特别是普通钢筋混凝土桥梁，主梁均存在不同程度的裂缝。裂缝的出现就是桥梁混凝土材料出现的一种不连续的开裂现象，按照裂缝形态可划分为斜向裂缝、纵向裂缝、竖向裂缝、横向裂缝、网状裂缝等，不同的裂缝形态对应不同的受力状态。

混凝土桥梁裂缝造成的危害具体为：①桥梁裂缝降低桥梁耐久性，使其实际使用年限无法达到设计的年限，还会导致桥梁建设面临一定的经济损失。②桥梁裂缝的出现，会暴露内部的钢筋，使其直接接触到空气，使用一段时间后会出现钢筋腐蚀现象，降低桥梁的安全性、稳定性。③桥梁裂缝的出现，会在很大程度上降低桥梁外部结构和整体结构的稳定性，甚至延伸到桥梁内部的结构。

2、裂缝的表现形式

2.1结构性裂缝

2.1.1弯曲裂缝

弯曲裂缝是指在弯矩作用下，混凝土拉应力过大而产生的裂缝。混凝土梁式桥梁受力特点为以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力，与同跨径其它结构类型桥梁对比，梁式桥梁主梁弯矩较大。弯曲裂缝一般出现在承受弯矩较大梁段的受拉区，如简支梁跨中下缘受拉区，连续梁正弯矩最大截面处下缘受拉区和支座截面处上缘受拉区。

对于实心板梁或空心板梁桥，由于拉应力过大导致混凝土开裂，主要表现形式为若干条大致平行分布的横向裂缝，从主梁底部向上延伸开裂;对应T梁桥，主要表现形式为弯曲裂缝通常从梁底延伸到主梁腹板，延伸的高度一般不超过梁高的一半，腹板两侧对称出现，形成U型贯穿裂缝。弯曲裂缝的走向通常垂直于主筋，主要集中在1/4跨径至跨中之间，属于桥梁结构受力裂缝，需要重点关注。

混凝土简支T梁桥跨中截面附近下缘受拉区由拉应力引起的U型贯穿裂缝是最常见的结构性弯曲裂缝，通常这种弯曲裂缝宽度较小，数量较多，裂缝间距较密，且分布均匀。

2.1.2剪切裂缝

剪切裂缝是指在剪力或弯矩与剪力共同作用下，混凝土主拉应力过大在腹板两侧产生的斜向裂缝。剪切裂缝一般出现在承受剪力较大的支座截面附近及同时承受弯矩和剪力共同作用较大的腹板位置。剪切斜向裂缝的特征是在腹板两侧基本对称分布，倾斜角度大概为30°～50°，倾斜方向与主应力方向一致（即与斜向弯起钢筋布置方向相垂直），靠近支点截面附近的斜裂缝向下延伸长度不大，一般不与底面贯通，梁段内受弯矩和剪力共同作用较大的位置，斜裂缝向下延伸长度较大，有可能与底面裂缝贯通，形成弯剪斜裂缝。

2.1.3基础不均匀沉降产生的裂缝

在桥梁结构中，基础不均匀沉降会引起结构内力变化，导致桥梁上部结构出现裂缝，这种裂缝属于结构受力裂缝的范畴。这类裂缝无明显规律，其分布、走向、长度、宽度与基础的结构形式、不均匀沉降的程度等多种因素有关。这类裂缝对结构安全性影响较大，应在基础不均匀沉降停止或加固地基稳定后，再对桥梁出现的裂缝进行处理。

2.1.4其它结构裂缝

墩柱竖向裂缝是指在纵向压力作用下，由于压应力过大导致钢筋混凝土墩柱开裂，产生垂直向下的竖向裂缝。竖向裂缝分布通常在墩柱底部，与墩柱受力钢筋平行，在墩柱不同侧面均可能出现，裂缝长度不一，往往伴随着钢筋胀蚀和混凝土剥落。

在预应力梁在预应力锚固区，由于局部应力过大纵向裂缝产生。在桥梁检测过程中，梁板构件沿着主筋方向会出现沿桥跨方向的纵向裂缝，这种纵向裂缝数量较少，但是裂缝长度较长，裂缝宽度较大，通常与主筋平行。这种裂缝产生的原因可能有以下几个方面：

（1）混凝土弯桥受到竖向荷载和向心力的共同作用，梁体配筋未充分考虑外力对梁体产生的水平拉力，导致梁体横向抗拉强度不足，长时间作用下梁体抗拉强度不足产生纵向裂缝。

（2）梁底混凝土保护层厚度偏低，梁体受力有效面积不能满足荷载和外力的共同作用，造成混凝土抗剪能力不足，造成混凝土开裂。

（3）有可能是钢筋胀裂锈蚀导致混凝土开裂，也有可能是混凝土出现开裂后导致钢筋出现锈蚀，混凝土剥落，导致裂缝宽度增大，一般说来，与施工质量、混凝土添加剂、温度应力等因素有关，有待更多数据和理论进行解释。

2.2非结构性裂缝

2.2.1混凝土收缩裂缝

混凝土收缩裂缝是指混凝土干燥收缩变形导致的裂缝，是混凝土凝结硬化后由于含水孔隙失水导致的体积收缩，当收缩变形受到约束时，在混凝土中产生拉应力，当拉应力达到混凝土极限抗拉强度时，即出现收缩裂缝。

普通混凝土的收缩裂缝一般在成桥一年以后出现，最早出现在拉应力集中部位或结构最薄弱部位，在采用外包混凝土加固的桥梁中尤为明显，在实际桥梁工程中，收缩裂缝通常出现在混凝土表面积比较大的部位，比如桥墩桥台结构等。根据结构约束条件及配筋形式的不同，裂缝一般有两种形状：一种是网状裂缝，属于表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状不规则;一种是每隔一段距离出现一条裂缝，多为枣核形，最初表现为表面裂缝，后逐步发展为贯通裂缝，裂缝宽度通常可达0.1mm～0.5mm。

2.2.2温度裂缝

钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土中产生拉应力，当拉应力达到混凝土极限抗拉强度时，即出现温度裂缝。

以箱型连续梁为例，由于外界温度骤然变化，造成箱梁内外温度差，在这种温度差作用下，梁会产生轴向变形和弯曲变形，在超静定连续梁结构中，这种变形因多余约束的存在而产生结构内部温度应力，当温度应力达到混凝土抗拉强度极限值时，混凝土就会出现裂缝。

3、桥梁裂缝的检测方法

桥梁裂缝检测的一般步骤：①观察裂缝的形态，初步判定是否为结构受力裂缝;②量测裂缝的长度，并采用裂缝观测仪或片状塞尺测量裂缝的最大宽度，采用超声波法探测裂缝的深度，并记录下裂缝的位置、形态、尺寸、走向等;③根据不同裂缝的规范允许限值，判断该受力裂缝裂缝宽度是否超限;④对裂缝产生的原因进行分析，评估裂缝对桥梁的影响，结合实际情况对桥梁进行承载能力检查或有必要时进行荷载试验;⑤根据最终桥梁检测结果，提出维修或加固方案;⑥按相关桥梁养护规范进行定期检查，及时发现问题。

在对既有桥梁进行荷载试验过程中，结构裂缝的观察也是其中一项关键检测内容，采用裂缝计进行动态观察裂缝的宽度变化，裂缝监测点的位置应布置在开裂明显、宽度较大的部位，并观察裂缝的走向是否延伸及延伸的长度，是否出现新的裂缝，裂缝宽度不宜超过规范要求，且卸载后裂缝拓展宽度应闭合到容许值的1/3。

结语：

综上所述，本文结合桥梁检测的经验，分析和总结了混凝土梁式桥梁裂缝出现的表现形式和产生的原因，提出了混凝土梁式桥梁出现裂缝的检测步骤，供广大桥梁检测工程师参考借鉴。

参考文献：

[1]曹志贞.从桥梁检测中分析桥梁裂缝产生原因[J].建材发展导向，2016，（6）：248-249.

[2]庄家智.梁式橋常见裂缝表现形式及成因分析[J].重庆建筑，2016（1）.

作者简介：

魏港（1989.10-），男，汉族，湖北天门人，硕士研究生学历，助理工程师，主要从事桥梁检测工作。