市政小桥纵向裂缝成因及对荷载效应的影响分析

敬家炽，沈明燕，侯湘亚，谢俊鑫，易治国，刘浩

（湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201）

市政小桥纵向裂缝成因及对荷载效应的影响分析

敬家炽，沈明燕，侯湘亚，谢俊鑫，易治国，刘浩

（湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201）

市政小桥因其宽跨比大、荷载等级高等特点，容易产生纵向裂缝。文中运用MIDAS/ Civil对某城市主干道中5座市政小桥的纵向裂缝进行成因分析，并通过对比小桥产生纵向裂缝前后相同荷载作用下的作用力，分析纵向裂缝对荷载效应的影响。分析结果表明，小桥纵向裂缝主要是因为桥梁宽跨比大、温度荷载产生的横向拉应力超过限值而产生的；纵向裂缝对小桥承载能力的影响有限，需具体情况具体分析。

桥梁：市政小桥；纵向裂缝；承载能力；温度荷载

市政小桥是指城市快速路、主干路及交通特别繁忙城市次干路上的小桥，具有宽跨比大、荷载等级高等特点。根据CJJ 11-2011《城市桥梁设计规范》，市政小桥的设计安全等级和特大桥、大桥等重要结构相同，为一级，可见其在交通运输中的重要地位。截至2013年，中国共有公路桥梁73.5万座，其中中小跨径桥梁在永久性桥梁中占92.2%，而在中小桥梁中，市政小桥占相当大的比重。但由于市政小桥跨径小、较隐蔽，往往没有引起人们的注意，甚至当小桥出现裂缝等病害时，误以为是一般道路病害而不以为然，为道路交通安全埋下隐患。

在桥梁各种病害中，砼梁体开裂最为普遍，而裂缝能反映桥梁的健康状况。该文对某城市主干道中5座市政小桥的纵向裂缝进行调查，运用MIDAS/ Civil对纵向裂缝进行成因分析，并通过对比小桥产生纵向裂缝前后相同荷载所产生的作用效应，分析纵向裂缝对小桥的影响。

1 市政小桥纵向裂缝调查

所检测的5座小桥均建设于20世纪90年代，现已安全使用20年左右，桥梁参数见表1。

表1　5座市政小桥的技术参数

根据现场检测结果，纵向裂缝大多位于机动车道，且多为全桥通缝（见图1～5）。

图1　小桥一的纵向裂缝示意图（单位：cm）

图2　小桥二的纵向裂缝示意图（单位：cm）

图3　小桥三的纵向裂缝示意图（单位：cm）

图4　小桥四的纵向裂缝示意图（单位：cm）

图5　小桥五的纵向裂缝示意图（单位：cm）

2 市政小桥纵向裂缝成因分析

桥梁裂缝成因主要分为荷载引起的裂缝和非荷载引起的裂缝。荷载裂缝主要可分为直接应力裂缝和次应力裂缝，非荷载裂缝主要包括收缩裂缝、温度裂缝、地基基础变形裂缝、钢筋锈蚀裂缝和冻胀裂缝等。在砼结构裂缝中，80%裂缝与非荷载变形有关，是以变形变化为主所引起的裂缝；剩余的20%裂缝以荷载为主要原因，并包括了变形与荷载的共同作用。也就是说大部分结构裂缝是由非荷载作用或由非荷载变形和荷载共同作用所产生的。

2.1建模参数设置

5座市政小桥均为简支梁板结构，宽跨比均大于4.75，为宽桥。小桥桥台上不设支座，在台帽上搁置“三毡二油”来调节桥梁横向变形。因5座小桥均已安全使用20年左右，台帽上搁置的“三毡二油”不能正常发挥作用，造成横桥向约束明显。

按板单元建模，砼强度等级为C25，主筋种类为HRB335，构造钢筋种类为R235。支座均约束X、Z方向位移，桥梁两端单对角增加Y方向平动约束。桥梁结构自重考虑钢筋重量，自重系数取1.04；桥面铺装恒载集度按各桥铺装层厚度分别取值。模型初始温度设为17℃，工况一为升温20℃、最终温度为37℃，工况二为降温20℃、最终温度-3℃。

2.2模型分析结果

模型分析结果见图6。C25砼的轴心抗拉强度标准值ftk=1.78 MPa。由图6可知：小桥在降温20℃作用下横桥向拉应力超过砼抗拉强度，这是小桥出现纵向裂缝的主要原因。

3 纵向裂缝对小桥荷载效应的影响

考虑到小桥出现纵向裂缝后纵向裂缝处的钢筋未断裂，仍能正常传递轴力、剪力，但横桥向弯矩不能正常传递，会影响桥梁荷载横向分布，对桥梁荷载效应会有一定影响，通过相同荷载在桥梁出现纵向裂缝前后所产生的作用力的对比，分析纵向裂缝对小桥承载能力的影响。

图6　5座市政小桥在温度荷载作用下的横桥向应力

3.1建模参数设置

按最不利作用考虑原则，假设纵向裂缝处不能传递横桥向弯矩，即将纵向裂缝处的连接按铰接考虑。5座小桥的设计荷载标准均为汽-20、挂-100。对小桥按汽-20荷载标准进行计算分析，荷载组合为1.2恒载+1.4活载（汽-20）。

3.2计算结果对比分析

5座小桥产生纵向裂缝前后的作用力见图7、图8。由图7、图8可知：在极限承载能力荷载组合作

图7　5座小桥产生纵向裂缝前后的最大Myy作用力

图8　5座小桥产生纵向裂缝前后最大Vyy作用力

用下，小桥产生纵向裂缝后，最大弯矩作用力均增大，变化百分比小于5.5%；最大剪切作用力均减小，变化百分比小于4%。

4 结论与建议

（1）小桥产生纵向裂缝的主要原因是桥梁宽跨比大，在温度荷载作用下产生的横桥向拉应力超过砼轴心抗拉强度标准值。

（2）在极限承载能力荷载组合作用下，小桥产生纵向裂缝后，最大弯矩、剪切作用力变化较小，且产生纵向裂缝后小桥承载能力仍能满足规范要求。

（3）5座市政小桥均加设了横向联系，建议小桥设计中根据温度荷载等作用加设横向联系。

（4）市政小桥因所在道路等级高，其所出现的纵向裂缝等病害应引起重视。具体工程产生纵向裂缝后应具体情况具体分析。

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