【摘要】随着桥梁的服役时间，桥梁在车辆等荷载下出现裂缝。该文首先简要回顾了传统强度理论以及断裂力学的发展过程；然后，采用断裂力学原理重点分析静载、动载对桥梁裂缝K值判断方法，最后介绍了采用断裂力学方法分析裂缝对桥梁承载能力下降的影响。
【关键词】裂缝；断裂力学；静载；动载；K
1 前言
在传统强度理论下，低应力脆断事故是催生断裂力学的一个极大方面。初期断裂力学的出现解决许多静力条件下裂纹问题。它不同于弹性力学和塑性力学，主要从宏观连续介质力学的角度出发，研究带有缺陷或裂纹的材料或结构的强度在外界条件作用下裂纹扩展开裂的规律，是研究含有初始缺陷材料强度的实用方法，通过与现代超声无损探伤技术的结合，能够克服传统强度理论的局限，它包括线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。由于线弹性断裂力学理论发展最为成熟，因此它在工程的实际应用中较为广泛，特别是在钢或混凝土结构承载能力评估和疲劳寿命预测方面应用最为广泛。
目前在我国国内桥梁仍然以钢筋混凝土结构为主，而钢筋混凝土结构是一种复合型材料，是由粗细骨料及水泥经过粘合而成，而粘合面本身相对骨料较为脆弱，就必然有结合面的缺陷，这个缺陷在桥梁后期运行荷载作用下，很容易就开裂，开裂后由于桥梁在行车动载效应下，裂缝容易迅速发展，成为我们后期肉眼能见的裂缝。
2 静载作用断裂力学K判据方法
静载作用下，断裂力学是以应力强度因子衡量材料韧性，主要适用于线弹性材料和小范围屈服条件下的使用。在断裂力学中，把断裂形式分为三种基本断裂类型的组合。即：Ⅰ型断裂或张开型（拉裂型）；Ⅱ型断裂或滑移型（面内剪切型）；Ⅲ型断裂或撕裂型（面外剪切型）。在这三种裂缝中，以Ⅰ型裂缝最为常见，也是最为危险的一种裂缝。
应力强度因子定义为：
式中， 为裂纹形状因子，它与受力情况、裂纹类型以及几何形状等有关。对于特定构件，随着应力 的增加或裂纹长度 的增加，当 增加到某一临界值时，裂纹尖端区域足够大的体积内都达到了材料的强度极限而导致裂纹的迅速扩展，这时的 叫临界应力强度因子或称断裂韧性，记作 。通过对大量含裂纹断裂件的分析和实验表明，对于每一种特定工艺状态下的材料， 。该常数可通过试验测定。这样根据应力强度应力 和断裂韧度 就可以建立起不发生低应力脆性断裂的 判据：
3 动载作用断裂力学K判据方法
桥梁投入使用后基本的荷载以行车动载为主，那么我们在考虑桥梁裂缝问题的时候就不能以静载作用去考虑，而是应该结合实际的以动载作用对桥梁裂缝问题进行分析，动载与静载不同，高速加载下的裂纹端部的应力，应变场的状态与加载速率有关。材料在动载作用下断裂阻力与加载速度有关。我们引入动载下裂纹发生失稳扩展时的临界应力强度因子，用KId来表示，即是起裂阻力。
动载下裂纹端部区域的应力速度 与应变速率 的值都取决于加载速率。采用荷载速率 ，施力点的位移速率 来表示，试样的无量纲柔度可以表示为
于是有
式中B、W分别表示试样的厚度与高度（宽度）， 是裂纹长度。对时间求导：
无量纲应力强度因子可以表示为
然后对时间求导
裂纹开展前， ，故推得
式3-1，3-2，3-3即为施力点位移速率 、荷载速率 与应力强度因子速率K之间的换算关系式。
4 基于桥梁裂缝对桥梁承载能力下降的影响
我们知道目前新修桥梁或者老桥大多数会进行荷载试验进行承载能力评定，荷载试验主要以静载测试桥梁的刚度、强度，动载测试桥梁的振动频率和阻力比，冲击系数等动力系数评价桥梁的动力特性，而桥梁使用过程中后期出现裂缝是难免的，我们希望在桥梁进行荷载试验时，通过动载测试，提供更多的有效数据，来为我们建立起更多有效措施来减缓桥梁裂缝的出现或已有裂缝的发展。通过试验数据可能会改变我们对桥梁的限载，限速等的重新认识，另外目前评价桥梁的冲击效应仅仅只以冲击系数来评价，荷载试验目前也仅仅只是评价桥梁的当前使用状况，并不能对桥梁承载能力的下降趋势做一个可信性评价，而裂缝可以说是对桥梁的承载能力使用下降的一个重要指标，目前断裂力学对裂缝的发展已经有了比较深刻的认识，实现对桥梁上行车荷载和其他荷载进行一个统一量化处理，然后引入进文中所提到的施力点位移速率 、荷载速率 与应力强度因子速率K之间的换算关系式，笔者由于水平有限，希望有人能接笔者文章，继续进行相关研究，最后能得出一个可信性较高的参数，补充荷载试验时最终评定桥梁的承载能力下降趋势，更利于管养部门制定可靠的保护措施。
参考文献
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[2]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTG-D60 2004 ）.北京：人民交通出版社，2004：26-27
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[4]王仁东.《断裂力学理论和应用》.化学工业出版社，1984，217
[5]徐芝纶.《弹性力学》.人民教育出版社，1979
作者简介：汪乾松（1991-7）男，重庆交通大学硕士研究生，主要从事桥梁检测研究。
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