常見混凝土橋梁的病害分析及設(shè)計(jì)中注意的問題
2015-07-29
橋梁是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由于反復(fù)承受著車輪的磨損、沖擊，遭受暴雨、洪水、風(fēng)沙、冰雪、日曬、凍融等自然因素的侵蝕破壞，特別是我國交通量和重型汽車的不斷增加，有些建筑材料的性質(zhì)衰變，以及由于設(shè)計(jì)和施工留下的一些缺陷，必然造成道路混凝土橋梁使用功能和行車服務(wù)質(zhì)量的日趨退化、不適應(yīng)。在使用荷載及其它外界各種影響的長期作用下，如果不對(duì)結(jié)構(gòu)上所出現(xiàn)的病害予以檢測、維修和加固，則結(jié)構(gòu)上的這些初始缺陷加上結(jié)構(gòu)的自然老化使得結(jié)構(gòu)上的損傷不斷積累和發(fā)展，結(jié)構(gòu)的功能不斷退化，由此極有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在一定的使用期后將成為危橋而面臨損毀、垮塌的危險(xiǎn)，這方面的實(shí)例已屢見不鮮，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了極大損失。
1.混凝土橋梁病害的主要形式
1.1裂縫
裂縫是鋼筋混凝土橋梁中最普遍、最常見的病害之一,不產(chǎn)生裂縫的橋梁幾乎沒有。而且裂縫往往是多種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。裂縫對(duì)鋼筋混凝土橋梁的危害程度不一,嚴(yán)重的裂縫如貫穿縫、網(wǎng)裂等將會(huì)嚴(yán)重危及橋梁的安全運(yùn)行。另外裂縫往往也會(huì)引起其他病害的發(fā)生與發(fā)展, 如鋼筋銹蝕、凍融破壞等, 這些病害與裂縫形成惡性循環(huán), 會(huì)對(duì)橋梁的耐久性產(chǎn)生很大的危害。
1.2混凝土碳化及鋼筋銹蝕
混凝土碳化及鋼筋銹蝕現(xiàn)象在鋼筋混凝土橋梁中普遍存在。當(dāng)混凝土炭化和鋼筋銹蝕程度日漸嚴(yán)重后, 橋梁必然會(huì)產(chǎn)生較多的順筋裂縫, 這會(huì)造成橋梁使用安全性降低和使用壽命縮短。
1.3剝蝕
剝蝕是從混凝土的外觀破壞形態(tài)著眼, 對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面混凝土發(fā)生蜂窩麻面、露石、酥松起皮和剝落等病害的統(tǒng)稱。根據(jù)不同的機(jī)理可分為凍融剝蝕、沖磨和空蝕、水質(zhì)侵蝕、風(fēng)化剝蝕等。
1.4結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞
在鋼筋混凝土橋梁中, 由于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位構(gòu)造不合理、施工中存在問題或年代久遠(yuǎn)等而引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)造老化、失穩(wěn)、變形過大等已在一定程度上影響了橋梁的安全運(yùn)行。
1.5地基不均勻沉降引起的破壞
由于地基不均勻沉降引起的破壞對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也比較大,如翼墻和錐坡的下沉、滑動(dòng)、開裂, 毛石墩臺(tái)的貫通縫等。
2.混凝土橋梁的病害原因
混凝土橋梁產(chǎn)生病害的原因有很多種，綜合起來有以下幾個(gè)方面造成混凝土橋退化以及失效：
2.1環(huán)境
環(huán)境因素是造成混凝土橋梁退化最主要的因素，混凝土橋暴露于各種環(huán)境中，時(shí)間長了，就會(huì)導(dǎo)致整體強(qiáng)度的下降，強(qiáng)度損失的程度取決于環(huán)境以及混凝土橋梁本身的性質(zhì)。化學(xué)物質(zhì)（比如氯離子、硫酸鹽、二氧化碳）、水分以及極端溫度的循環(huán)是影響混凝土橋梁強(qiáng)度的最主要的環(huán)境因素。
越來越多的混凝土橋梁由于受到環(huán)境影響而遭到破壞，根據(jù)報(bào)道，許多橋梁的倒塌是由于強(qiáng)度退化造成的，而這種退化是由于環(huán)境因素造成的。環(huán)境因素方面橋梁退化的機(jī)理有硫酸鹽侵蝕、堿硅反應(yīng)、凍融循環(huán)破壞以及腐蝕等，而腐蝕是最普遍的破壞機(jī)理。
2.2設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，舊有橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用不同的橋梁結(jié)構(gòu)，不同的截面形式以及跨徑比例等，都會(huì)對(duì)橋梁的健康狀況有較大的影響。設(shè)計(jì)不完善，比如構(gòu)造鋼筋不夠、截面強(qiáng)度儲(chǔ)備不夠等。在橋梁設(shè)計(jì)過程中，由于各種系數(shù)的取值問題 ，未充分考慮開裂混凝土徐變、收縮及溫度應(yīng)力的影響，設(shè)計(jì)安全系數(shù)不恰當(dāng)?shù)取?br />
2.3施工
施工不當(dāng)會(huì)造成大量混凝土表層缺陷，比如蜂窩、露筋、麻面、空洞等現(xiàn)象。比如混凝土灌注時(shí)，沒有充分的振搗，就會(huì)發(fā)生蜂窩現(xiàn)象；灌注時(shí)，若保護(hù)層處混凝土漏振或者振搗不實(shí)，則會(huì)發(fā)生露筋；施工時(shí)采用模板表面不光滑，模板濕潤又不夠，致使構(gòu)件表面混凝土內(nèi)的水分被吸去，產(chǎn)生麻面；鋼筋布置過密，施工時(shí)混凝土被卡住，嚴(yán)重漏漿都會(huì)產(chǎn)生空洞。
2.4使用
現(xiàn)有公路上的橋梁荷載能力已不能滿足當(dāng)前車輛荷載的要求，有些橋梁由于年久失修，對(duì)設(shè)立標(biāo)志不重視，致使原設(shè)計(jì)中未考慮的超重車輛通過，造成超載，由此導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)病害。結(jié)構(gòu)受意外撞擊，沖擊和沉重的集中荷載可能造成可見裂縫和細(xì)微裂縫，造成局部腐蝕。
2.5養(yǎng)護(hù)
養(yǎng)護(hù)維修及加固措施不當(dāng)。有些橋梁的技術(shù)缺陷是由于養(yǎng)護(hù)維修不恰當(dāng)引起的，比如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁負(fù)擔(dān)加重；橋面排水處理不當(dāng)，橋面滲水；又如支座維修不當(dāng)，約束了承重結(jié)構(gòu)的變形等。有些橋梁則是加固不當(dāng)引起的，比如加固施加的預(yù)應(yīng)力大小或者位置不恰當(dāng)，引起結(jié)構(gòu)的二次病害；又如結(jié)構(gòu)體系改變不合理，致使結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位應(yīng)力超限等。
2.6材料
混凝土、鋼筋等材料的質(zhì)量問題是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)缺陷的內(nèi)在因素。往往這幾種原因共同作用，導(dǎo)致橋梁發(fā)生嚴(yán)重退化和破壞。
3.混凝土橋梁在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題
3.1裝配式空心板橋
在公路裝配式空心板橋的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問題:(1)斜截面抗剪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)驗(yàn)算；(2)充分考慮重車對(duì)空心板的截面尺寸、整體剛度等的影響,對(duì)于一般的空心板標(biāo)準(zhǔn)圖,應(yīng)重新按重車荷載進(jìn)行驗(yàn)算；(3)預(yù)留鉸縫尺寸應(yīng)滿足施工要求；(4)板間連接筋要保證抗拉、抗剪的要求；(5)鉸縫間剪力計(jì)算時(shí),按半波正弦換算的荷載應(yīng)乘以一定的擴(kuò)大系數(shù)或用有限元法計(jì)算。
3.2整體式板橋
在公路橋梁設(shè)計(jì)中,除對(duì)縱向配筋進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還要著重考慮整體式板的橫向受力鋼筋,即考慮計(jì)算橫向的荷載最不利布置(局部加載),計(jì)算橫向彎矩,布置橫向受力鋼筋,而不應(yīng)僅按構(gòu)造布置橫向分布鋼筋。
3.3 T型梁橋設(shè)計(jì)中應(yīng)注意問題
在公路T型梁橋設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題:(1)在考慮剪力滯影響后,T梁的受壓翼緣的有效分布寬度一般包括縱向濕接縫的寬度,因此需合理擬定T型梁的懸臂尺寸和縱向濕接縫的縫寬(縱向濕接縫的縫寬一般不大于60cm)；(2)合理布置肋板上的縱向分布鋼筋(鋼筋間距和鋼筋直徑)；(3)用有限元法,計(jì)算車輛荷載的有效分布寬度和翼板間的內(nèi)力,以布置受力鋼筋；(4)合理確定主梁間距以減小行車道板的內(nèi)力；(5)由于考慮剪力滯影響,梁的受壓翼緣的有效分布寬度包括縱向濕接縫的寬度,因此需合理擬定T型梁的懸臂尺寸和縱向濕接縫的縫寬。
3.4先簡支后連續(xù)箱形梁橋
先簡支后連續(xù)箱形梁橋設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問題:(1)重視斜截面強(qiáng)度和主拉(壓)應(yīng)力的計(jì)算；(2)合理計(jì)算箱梁翼緣板的有效分布寬度,正確布置箱梁間距；(3)合理計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失；(4)合理計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼束的錨固對(duì)錨固截面的局部受壓；(5)重新擬定在中交通荷載作用下的箱型梁的截面尺寸,尤其是箱梁腹板的厚度；(6)重視預(yù)應(yīng)力箱型梁中普通鋼筋的布置；(7)正確計(jì)算翼板的內(nèi)力,合理布置受力鋼筋；(8)由于考慮剪力滯影響,梁的受壓翼緣的有效分布寬度包括縱向濕接縫的寬度,因此需合理擬定箱型梁的懸臂尺寸和縱向濕接縫的縫寬；(9)適當(dāng)增多橫隔梁的片數(shù)和加厚橫隔梁的尺寸,汽車荷載橫向分布系數(shù)逐漸變小,各主梁受力趨于均勻。
4．結(jié)語
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)公路橋梁的結(jié)構(gòu)安全和耐久性能越來越重視，對(duì)于一些已建的公路橋梁要及時(shí)進(jìn)行檢查和病害分析，并做好養(yǎng)護(hù)和維修工作；對(duì)于公路橋梁維修和加固時(shí),應(yīng)綜合分析橋梁損害的原因以及科學(xué)的檢測方法,并以此提出可行的加固和維修方案，提高經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于新建的公路橋梁，應(yīng)做好設(shè)計(jì)工作，并注意一些問題。
