混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的病害及加固處理
2016-07-05
鋼筋混凝土的使用壽命，一直是人們探討的熱點(diǎn)話題之一。任何鋼筋混凝土都要經(jīng)歷“使用階段，加固階段和死亡階段”鋼筋混凝土在其使用期間，都會或多或少的經(jīng)受外界條件的干擾和內(nèi)部因素的影響。使混凝土橋梁受到不同程度的損傷。一般說來，混凝土的使用時間越長，受到的損傷就會越嚴(yán)重。通過對鄭州局等部分正在使用的混凝土橋梁的調(diào)查可知，鋼筋銹蝕、混凝土裂縫、混凝土腐蝕、荷載損傷是混凝土橋梁病害的組成部分。其中混凝土裂縫主要有支座處局部開裂、垂直裂縫、水平裂縫和斜裂縫等。混凝土的腐蝕包括液相腐蝕和氣相腐蝕。引起混凝土損傷的原因有很多種，下文將詳細(xì)的進(jìn)行描述。
一、混凝土橋梁病害概述
任何混凝土結(jié)構(gòu)在對其使用期間和后期的老化過程中，都會或多或少的存在著初始缺陷。結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷、施工過程缺陷、材料運(yùn)用缺陷、使用缺陷是引起這些問題的主要原因。詳細(xì)說來就是設(shè)計的失誤和設(shè)計理論的不合理；施工質(zhì)量差，施工誤差大；材料老化速度快，質(zhì)量差；維修保養(yǎng)工作不到位，超限使用等。在外界因素的影響和使用荷載等的長期作用下。如果不能及時的發(fā)現(xiàn)病害并給予處理，那么，初始缺陷加上混凝土結(jié)構(gòu)的自然老化，會使混凝土橋梁結(jié)構(gòu)新傷老傷不斷的積累和發(fā)展，致使橋梁結(jié)構(gòu)功能不斷的退化，在經(jīng)過一定時間的使用后將會變成危橋，隨時都有損毀，坍塌的危險。這些問題的存在使國家和人民生命財產(chǎn)安全受到極大的威脅。相關(guān)資料顯示，在美國1950年到1994年的橋梁建設(shè)中，結(jié)構(gòu)缺損的橋梁所占的比列為13.9%。德國和法國缺損橋梁的統(tǒng)計比例分別為37%和39%。我國截止2000年年底，在全國共有的278809座橋中，危橋有9597座，危橋率為3.4%。盡管交通部門對危橋的加固改造力度從2001年就已經(jīng)開始加大，統(tǒng)計數(shù)據(jù)也在逐年的減小，但是每年都會有新的危橋產(chǎn)生，就目前而言，全國國省道及縣鄉(xiāng)道有將近10000座危橋需要改造。橋梁的健康檢測、加固維修和橋梁的損傷診斷是現(xiàn)代橋梁的重要課題。
二、混凝土結(jié)構(gòu)病害成因
?。?）預(yù)應(yīng)力混凝土、素混凝土和鋼筋混凝土是混凝土結(jié)構(gòu)的主要組成部分。是我國公路和橋梁最普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。造成混凝土橋梁病害的原因有很多，主要包括設(shè)計不合理、施工質(zhì)量不過關(guān)、保養(yǎng)維護(hù)力度不夠、材料選擇不當(dāng)及外界環(huán)境的不良影響等。結(jié)構(gòu)混凝土可見裂縫的出現(xiàn)是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中最普遍的病害表現(xiàn)。其他不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，歸結(jié)最終原因都是因?yàn)椴辉试S裂縫的出現(xiàn)。所以，對混凝土病害分析的實(shí)質(zhì)就是對混凝土裂縫的分析。就混凝土自身的原因來看，裂縫的產(chǎn)生一般是因?yàn)榛炷敛牧系淖冃危@是因?yàn)椴牧系目估瓘?qiáng)度小于受約束引起的內(nèi)應(yīng)力。混凝土和鋼筋在受到一定的拉力時，之間存在的變形之差是裂縫寬度形成的原因。在判斷混凝土裂縫的成因及其對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響時，必須對裂縫的特征進(jìn)行觀察和記錄，其包括內(nèi)容如下：裂縫時候?qū)儆谡Ａ芽p；裂縫的病害部位、疏密程度、分布狀態(tài)和數(shù)量；裂縫的大體走向和形狀；裂縫表面深度、長度和寬度；裂縫處鋼筋銹皮及混凝土保護(hù)層的剝落狀況；裂縫進(jìn)一步的發(fā)展規(guī)律是否會隨周邊環(huán)境的變化而變化等。引起混凝土開裂的原因有很多也很復(fù)雜，總體可分為非荷載裂縫和荷載裂縫。使用階段和設(shè)計施工是其形成的主要原因。（此處主要對不允許出現(xiàn)的非正常裂紋而言）
（2）混凝土收縮指得是，混凝土在空氣結(jié)硬中出現(xiàn)的體積減小的現(xiàn)象?；瘜W(xué)收縮和物理收縮是混凝土收縮的兩種方式。其中，碳化過程和水化過程中都會出現(xiàn)體積縮小的現(xiàn)象，是化學(xué)收縮的主要方式。由于混凝土內(nèi)自由水的蒸發(fā)而引起的混凝土體積的縮小，叫做物理收縮。約束應(yīng)力的產(chǎn)生是由于受到混凝土體內(nèi)或者不均勻力的約束而產(chǎn)生的。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度小于由于約束應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。混凝土表層的收縮裂縫和分層澆筑的大體積混凝土收縮裂縫是收縮引起的可見裂縫的兩種表現(xiàn)形式。其中混凝土的配合比及混凝土的養(yǎng)護(hù)是混凝土表層收縮裂縫的重要影響因素。一般的，混凝土的收縮會隨著水灰比的增大而增大?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)工作做的不到位會使混凝土的表面溫度高，干燥失水從而產(chǎn)生收縮裂縫。在混凝土的分層澆筑過程中，由于新澆筑的混凝土直接的與之前澆筑的混凝土相接觸，這會使原混凝土的縫隙中滲入一部分的水，造成混凝土水灰比的減小，由于硬化后的自由水減少引起混凝土的收縮減小，上層混凝土由于受到離析和振搗的原因，使水灰比較大，混凝土的強(qiáng)度低，收縮大，導(dǎo)致大體積混凝土表面收縮裂紋的出現(xiàn)。
三、混凝土病害的處理、加固技術(shù)的運(yùn)用
（1）在混凝土的病害處理和加固中，施工的對現(xiàn)是橋梁的危險構(gòu)件，在對其進(jìn)行加固時，還需要考慮到整體結(jié)構(gòu)在加固之后會有怎樣的變化。在制定橋梁的加固設(shè)計時，一定要全方位的考慮，保證加固的前提是橋梁的整體結(jié)構(gòu)不受到破壞。同時，對橋梁已有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性的分析，對其性能、構(gòu)造原理、和存在缺陷進(jìn)行全面的分析，對該結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行分解并分析其持力水平，為之后的加固設(shè)計方案打好基礎(chǔ)。
?。?）在混凝土結(jié)構(gòu)承載力不佳的區(qū)段，可以采用粘鋼加固法進(jìn)行處理。這種方法的運(yùn)用不僅能夠?qū)υ炷恋慕Y(jié)構(gòu)部件進(jìn)行很好的保護(hù)，而且施工的工作流程少，工作量小，工藝簡單。在對方案進(jìn)行設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算中，快速高效。隨著施工需要，施噴機(jī)具和凝速劑普遍使用，錨噴技術(shù)也被廣泛的運(yùn)用到了混凝土的加固過程中。同時，還有外部預(yù)應(yīng)力加固法。
結(jié)語
火車牽引運(yùn)輸?shù)慕蛔兒奢d是鐵路混凝土橋梁的主要荷載，這就需要相關(guān)額工程工作人員在對橋梁混凝土的病害處理和加固的過程中，要對混凝土的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行認(rèn)真的考慮。再者，對于任何混凝土而言，病害是無法避免的。這就需要人們正確的去診斷、預(yù)測其安全期和使用壽命。由于混凝土銹蝕度、碳化深度及鋼筋的銹蝕都是隨機(jī)發(fā)生的，因此對橋梁的抗力及壽命進(jìn)行科學(xué)性的預(yù)測很有必要。混凝土病害的及時處理，和混凝土的加固對保證國家和人民生命財產(chǎn)安全有著重大的意義。
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