桥梁设计论文发表探讨斜交框架桥设计(2)

　　三、斜交框架桥裂缝问题探讨

　　(一)斜交框架桥裂缝的成因

　　混凝土结构裂缝的成因复杂，甚至为多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。一般认为，混凝土结构产生裂纹的原因应该从设计和施工两个方面寻找。与结构受力、施工操作、环境条件和材料品质等因素有关。

　　1、运营阶段的结构受力裂缝成因

　　从空间有限元分析结果来看，既有桥运营阶段裂纹出现的位置、发展走向与结构有限元分析中最不利位置(应力值较大区域)基本吻合。可以认为这种裂纹的出现并非偶然因素引起，而是与结构受力密切相关的。

　　2、施工阶段的先天性裂缝成因

　　(1)混凝土的收缩应力

　　施工中为保证混凝土的和易性，往往在水泥中加入的水是水泥水化需水量的5倍左右。在混凝土初凝阶段会出现泌水和水分急剧蒸发，水分的急剧消失必然会引起混凝土的收缩，产生水泥和骨料的不均匀收缩变形。假如在混凝土浇筑后养护不及时，其表面的失水速率大于内部水分向表面移动的速率，就会使混凝土表面出现收缩。但是受到内部混凝土的约束作用，混凝土表面产生的裂缝是不连贯的。假如养护的时间不够充分，也会造成表面和内部的应力分布出现大的差异，进而出现裂缝。

　　(2)温度应力

　　混凝土是由水、水泥和粗细骨料按适当比例配合及拌制的混合物，经一定时间凝结硬化而成。水泥的凝结硬化是一个不可分割的连续的物理和化学过程：物理过程出现凝结硬化。而化学反应产生大量的水化热。框架桥混凝土尺寸较大，属大体积混凝土，由于水化热积聚在内部不易发散，可使其内部温度较表面温度高出50℃ 一60℃。内外温差产生混凝土材料的不同膨胀变形。由于内部混凝土温度高、膨胀变形大，但是受到外部混凝土、钢筋等约束条件的限制(外部混凝土温度较低、相应自由膨胀变形较小)，不能自由膨胀便产生不同应力，结果表面混凝土产生较大的拉应力，超过混凝土抗拉强度极限便导致混凝土表面产生裂缝。

　　(二)裂缝的控制

　　1、增加配筋量

　　增加配筋量，使钢筋混凝土中钢筋所承受的设计应力小于容许应力。钢筋混凝土构件受弯曲后，受拉钢筋以及中性轴以下的混凝土，由于拉力而伸长，但混凝土的伸长量一般是钢筋达容许应力时的伸长量的1/ lO左右(或还要小)，不能与钢筋伸长相适应，所以，钢筋的容许应力值规定越高，并设计应力越接近容许应力，则裂缝就越严重。钢筋的设计应力与裂缝宽度的关系，从多数实验资料看，按以下范围考虑是可以的：钢筋受拉应力为1OOMPa时，裂缝宽度为0.O5～0.1mm，钢筋受拉应力为200MPa时，裂缝宽度为0.15～0.2mm，钢筋受拉应力为300MPa时，裂缝宽度为0.2～0.3mm。实践证明，为了保证裂缝控制在容许范围内，使钢筋设计应力小于容许应力是十分必要的。

　　2、对角隅部分补足钢筋

　　根据国内外对钢筋混凝土角隅部分进行试验的结果表明，角隅部分区域产生斜裂缝，在其根部产生弯曲裂缝，其原因是由于隅节点处承受了较大的弯矩和剪力。为减小角隅处承受的正弯矩，设计时首先顺梗胁内侧配置了足够的角隅加强筋，角隅加强筋与骨架筋排列一致。

　　3、顶板与竖墙连接处的处理

　　顶、底板与竖墙连接处承受了较大的弯曲应力，同时也承受较大的剪力，且这些力都是正反方向交替作用的。因此，在顶面、底面易产生较多的交叉裂缝，为防止轴向钢筋因压屈作用而失效，将顶板、底板与竖墙连接处增设加强筋，加强筋布置同骨架筋一致，用以更好地固定轴向钢筋，减少顶板、底板与竖墙连接处的裂缝产生。

　　4、螺纹钢筋的锚固

　　在设计中，对于螺纹钢筋的锚固，很多地方是决定于设计者的经验判断。若锚固长度不够，则锚固筋的端点往往是弯曲应力产生裂缝的起点和开裂裂缝的集中点，斜框架桥必然会产生裂缝。而锚固长度的确定，一般按现行《桥规》办理。在实际斜框架桥设计中，考虑受拉钢筋锚固长度时，除按现行《桥规》办理外，一般还将锚固点置于斜框架桥受拉压交界点处，伸入受压区不小于25d(d为受力钢筋直径)，还将各筋锚固点置于非同一截面位置。这样，对减少锚固端应力集中并防止框架开裂取得了良好的效果。

　　(三)加强施工方面的技术控制

　　1、分层浇筑、振捣到位

　　对跨度较大的框架桥，为满足结构受力需要，其顶底板及边墙厚度取值往往大于1m，混凝土水化热极易造成裂缝，施工中应尽量分层浇筑。一般一次浇筑厚度在0.5m左右为宜。浇筑时加强振捣，避免出现空隙积水过多引起后期裂缝。

　　2、良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度

　　养护时保持湿度越高、温差越小、养护时间越长，则混凝土收缩越小。而且，良好的养护方法也可降低混凝土水化热影响，减少混凝土水化引起的温度应力。

　　3、注意防风

　　如果框架桥施工期间风力频繁，应采取适当的挡风措施，避免结构表面失水过快导致结构收缩应力过大，进而引起裂缝。

　　结语

　　斜交框架桥受力相比正交框架桥复杂，其随跨宽比、斜交角、荷载形式的不同而变化。在对斜交框架桥受力特性的分析基础上，选择适当的钢筋布置方案从构造受力上予以保证，减少斜交框架桥裂缝的产生。

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