常見混凝土橋梁的病害分析及設計中注意的問題
2015-07-29
橋梁是我國現(xiàn)代化建設的重要基礎設施，由于反復承受著車輪的磨損、沖擊，遭受暴雨、洪水、風沙、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衰變，以及由于設計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質量的日趨退化、不適應。在使用荷載及其它外界各種影響的長期作用下，如果不對結構上所出現(xiàn)的病害予以檢測、維修和加固，則結構上的這些初始缺陷加上結構的自然老化使得結構上的損傷不斷積累和發(fā)展，結構的功能不斷退化，由此極有可能導致結構在一定的使用期后將成為危橋而面臨損毀、垮塌的危險，這方面的實例已屢見不鮮，給國家和人民的生命財產造成了極大損失。
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)合作用的結果。裂縫對鋼筋混凝土橋梁的危害程度不一,嚴重的裂縫如貫穿縫、網裂等將會嚴重危及橋梁的安全運行。另外裂縫往往也會引起其他病害的發(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), 會對橋梁的耐久性產生很大的危害。
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。當混凝土炭化和鋼筋銹蝕程度日漸嚴重后, 橋梁必然會產生較多的順筋裂縫, 這會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, 對混凝土橋梁結構表面混凝土發(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)不同的機理可分為凍融剝蝕、沖磨和空蝕、水質侵蝕、風化剝蝕等。
1.4結構構造的破壞
在鋼筋混凝土橋梁中, 由于結構的關鍵部位構造不合理、施工中存在問題或年代久遠等而引起的結構構造老化、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結構的影響也比較大,如翼墻和錐坡的下沉、滑動、開裂, 毛石墩臺的貫通縫等。
2.混凝土橋梁的病害原因
混凝土橋梁產生病害的原因有很多種，綜合起來有以下幾個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，時間長了，就會導致整體強度的下降，強度損失的程度取決于環(huán)境以及混凝土橋梁本身的性質?；瘜W物質（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)報道，許多橋梁的倒塌是由于強度退化造成的，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理有硫酸鹽侵蝕、堿硅反應、凍融循環(huán)破壞以及腐蝕等，而腐蝕是最普遍的破壞機理。
2.2設計
設計標準低，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，舊有橋梁的荷載標準遠遠不能滿足當前汽車荷載標準的要求。采用不同的橋梁結構，不同的截面形式以及跨徑比例等，都會對橋梁的健康狀況有較大的影響。設計不完善，比如構造鋼筋不夠、截面強度儲備不夠等。在橋梁設計過程中，由于各種系數(shù)的取值問題 ，未充分考慮開裂混凝土徐變、收縮及溫度應力的影響，設計安全系數(shù)不恰當?shù)取?br />
2.3施工
施工不當會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，沒有充分的振搗，就會發(fā)生蜂窩現(xiàn)象；灌注時，若保護層處混凝土漏振或者振搗不實，則會發(fā)生露筋；施工時采用模板表面不光滑，模板濕潤又不夠，致使構件表面混凝土內的水分被吸去，產生麻面；鋼筋布置過密，施工時混凝土被卡住，嚴重漏漿都會產生空洞。
2.4使用
現(xiàn)有公路上的橋梁荷載能力已不能滿足當前車輛荷載的要求，有些橋梁由于年久失修，對設立標志不重視，致使原設計中未考慮的超重車輛通過，造成超載，由此導致橋梁出現(xiàn)病害。結構受意外撞擊，沖擊和沉重的集中荷載可能造成可見裂縫和細微裂縫，造成局部腐蝕。
2.5養(yǎng)護
養(yǎng)護維修及加固措施不當。有些橋梁的技術缺陷是由于養(yǎng)護維修不恰當引起的，比如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁負擔加重；橋面排水處理不當，橋面滲水；又如支座維修不當，約束了承重結構的變形等。有些橋梁則是加固不當引起的，比如加固施加的預應力大小或者位置不恰當，引起結構的二次病害；又如結構體系改變不合理，致使結構的關鍵部位應力超限等。
2.6材料
混凝土、鋼筋等材料的質量問題是導致橋梁結構缺陷的內在因素。往往這幾種原因共同作用，導致橋梁發(fā)生嚴重退化和破壞。
3.混凝土橋梁在設計中應該注意的問題
3.1裝配式空心板橋
在公路裝配式空心板橋的設計中應注意以下問題:(1)斜截面抗剪強度的設計驗算；(2)充分考慮重車對空心板的截面尺寸、整體剛度等的影響,對于一般的空心板標準圖,應重新按重車荷載進行驗算；(3)預留鉸縫尺寸應滿足施工要求；(4)板間連接筋要保證抗拉、抗剪的要求；(5)鉸縫間剪力計算時,按半波正弦換算的荷載應乘以一定的擴大系數(shù)或用有限元法計算。
3.2整體式板橋
在公路橋梁設計中,除對縱向配筋進行設計外，還要著重考慮整體式板的橫向受力鋼筋,即考慮計算橫向的荷載最不利布置(局部加載),計算橫向彎矩,布置橫向受力鋼筋,而不應僅按構造布置橫向分布鋼筋。
3.3 T型梁橋設計中應注意問題
在公路T型梁橋設計中應注意的問題:(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,計算車輛荷載的有效分布寬度和翼板間的內力,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)箱形梁橋設計中應注意以下問題:(1)重視斜截面強度和主拉(壓)應力的計算；(2)合理計算箱梁翼緣板的有效分布寬度,正確布置箱梁間距；(3)合理計算預應力損失；(4)合理計算預應力鋼束的錨固對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)重視預應力箱型梁中普通鋼筋的布置；(7)正確計算翼板的內力,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．結語
隨著經濟的發(fā)展和時代的進步，人們對公路橋梁的結構安全和耐久性能越來越重視，對于一些已建的公路橋梁要及時進行檢查和病害分析，并做好養(yǎng)護和維修工作；對于公路橋梁維修和加固時,應綜合分析橋梁損害的原因以及科學的檢測方法,并以此提出可行的加固和維修方案，提高經濟效益；對于新建的公路橋梁，應做好設計工作，并注意一些問題。
