【摘要】针对方形桥墩易于开裂的问题，本文通过对方形桥墩在设计、施工及运营期间可能呈现的裂痕原因进行列述，并就施工期间水化热、运营期间的温度骤降因素树立有限元模型进行应力场剖析，依据剖析成果提出相应的处置对策。
【要害词】 桥梁工程；方形桥墩；有限元；温度效应

【Abstract】In this paper, it listed some possibilities f rectangular-section piers' cracking reasons during whose designing、construction period and service period in order to study piers' often cracking problem. And by using finite element analysis software to calculate stress distribution of piers' section, it put forward some treatments to ease the temperature cracking risk.
【Key words】bridge engineering, concrete pier, finite element analysis, temperature effect
 ,;       1. 引言近年来，随着公路交通量的增添，公路、桥梁负荷上升、其承载力日趋饱和，斟酌不少公路、桥梁采取混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄基础在40年左右，这些旧有桥梁很多都已呈现老化、破损、裂缝等现象。依据相干病害调查，桥墩裂痕是混凝土桥梁最重要的病害情势之一：桥墩作为桥梁构造中主要的下部构件，不仅承担着上部构造及汽车等发生的竖向轴力、程度力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能产生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且侵害其自身乃至整体桥梁（依据混凝土构造缺损状态评定尺度，墩台部件权重约占全桥的50%）的安全性、适用性、耐久性和雅观。［1］［2］［3］
        2. 裂缝成因剖析桥墩病害的主要表示情势为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、程度裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、程度位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因庞杂繁多，裂缝划分无严厉界线，每一条裂缝均有其产生的一种或几种重要因素，其余因素对于裂缝起到持续发展或加剧劣化的作用。［4］常见的墩身裂缝形式包括：桥墩中心线邻近的竖向裂缝、桥墩在日照时光较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面渺小、不规矩的裂缝。［5］究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营应用三方面进行分析阐述。
        2.1桥墩设计。桥墩在设计阶段，结构不盘算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋盘算过错，结构的安全系数不够、设计时斟酌的施工可能性与实际情形涌现差别等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。［6］
        2.2桥墩施工。桥墩施工进程中，水化热效应、施工工艺、资料自身等因素都会影响桥墩开裂。
      ,;  （1）水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低产生压缩,，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部发生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵御该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。针对水化热效应影响，树立3个模型如图1：第1个模型采取边长为2.0m的方形截面柱；第2个模型采用截面为2.667m×1.5m的矩形截面柱、第3个模型采取直径为2.256m的圆形截面柱。模型参数均参考325号普通混凝土性能参数选取：单位质量水泥水化热389KJ/Kg；比热取0.96KJ/kg?K；密度取值2450Kg/m3；导热系数取3 W/(m?K)；线弹性模量取10-5 ℃-1，拆模的进程则以桥墩表面对流系数的变更实现。根据3个截面不同，体积雷同的混凝土桥墩模型成果可见（如图2），在第4天3个模型的内外温差都到达{zd0}，相应的应力也随之到达峰值，依次为3.18MPa、3.00MPa、2.70MPa。3个桥墩模型受水化热效应影响都有开裂的风险。其中，圆截面模型的应力峰值为最小。图1水化热效应模型图     图2水化热效应应力历时曲线图    
        （2）施工工艺。在桥墩浇注、起模等进程中，若施工工艺不公道、质量拙劣，可能产生各种情势的裂缝，裂缝涌现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异：模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土发生裂缝；混凝土振捣不密实、不均匀，也会引发蜂窝、麻面等缺点；混凝土的初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规矩裂缝；混凝土进模温渡过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。
        2.3桥墩运营。桥梁在运营阶段，交通量的增加、超越设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情形。当墩柱受压区涌现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特殊注意，往往是结构到达承载力极限的标记。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容疏忽，引起混凝土桥墩温度变更的重要因素包含：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是进冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。图3不同模型温度骤降条件下应力云图   针对边长为2m的方形桥墩、截面为2.667m×1.5m的矩形桥墩、直径为2.256m的圆形桥墩进行温度骤降的工况模仿。得到成果如图3：3个桥墩模型分辨在环境温度变更后的第14小时、第12小时和第22小时达到各自的应力峰值，依次为1.55MPa、1.52MPa、1.38MPa。3者中，应力峰值{zd0}的为截面为2m×2m的方形桥墩，圆截面柱受温度变化影响相对较小。
        3. 裂缝对策研讨混凝土不可避免地带裂缝工作，裂缝的存在和发展也将必定水平地减弱相应部位构件的承载力，并进一步引发维护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚或迫害桥梁的正常运行和缩短其应用寿命。因而，针对前裂缝在设计、施工及运营阶段可能呈现的原因，进行把持对策的研讨，列述如下。
        3.1设计阶段。在盘算模型选取公道、桥墩强度、刚度、稳固性等满足规范请求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以必定水平地减缓削弱其温度应力峰值，从而下降其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及结构请求外，应联合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以进步钢筋把持裂痕的才能。