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    池州橋梁_安徽省中達橋梁鋼構工程有限公司

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    試論道路橋梁結構病害與加固

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    一、橋梁病害成因

       橋梁結構應具有足夠的強度,以承受作用于其上的重力和附加力;結構各部必須具有足夠的剛度,以使其在荷載作用下不產生過大的撓曲和變形;結構各部尺寸必須具有適當大小,以使其承受軸向壓力時的構件不發生屈曲,喪失穩定性。同時結構也要具有較高的耐久性。由于作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造與施工質量的分散性、計算假定的近似性,致使在長期使用過程中橋梁結構產生病害,其具體原因如下:


       1.原設計荷載偏低,交通發展后車輛荷載增大,橋梁因承載能力不足而產生病害。

       混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

       直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有:

    ①設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。

    ②施工階段,不加限制地堆放施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強充驗算等。

    ③使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。

       次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有:①在設計外荷載作用下,由于結構物的、實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。②橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等,在常規計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明,受力構件挖孔后,力流將產生繞射現象,在孔洞附近密集,產生巨大的應力集中。在長跨預截斷鋼束,設置錨頭,而在錨固斷面附近經??梢钥吹搅芽p。因此,若處理不當,在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。


       2 、 溫度變化引起的裂縫

      ?、倌隃夭?。一年中四季溫度不斷變化,但變化相對緩慢,對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移,一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調,只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫,例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月平均溫度的作為變化幅度??紤]到混凝土的蠕變特性,年溫差內力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。②日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身的約束作用,導致局部拉應力較大,出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的常見原因。③驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表溫度突然下降,但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度突然下降,但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進行,混凝土彈性量不考慮折減。


       3、收縮引起的裂縫

       塑性收縮。在施工過程中、混凝土筑后4-5小時左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和分急劇,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成洞鋼筋方向的裂縫

       縮水收縮干縮?;炷两Y硬以后,隨著表層水逐步蒸發,溫度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面民縮大、內部收縮小的不均,鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現龜裂紋。

       自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應,這種收縮與外界濕度無且可以是正的(即收縮、如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。

       炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在溫度505℃左右才能發生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。

       混凝土收縮裂縫的特點是大部分表面裂縫,寬度較細,且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規律。

       研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥土收縮性較高,普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單體積用量越大、磨細度越大,則混凝土收縮越大,且發生收縮時間越長。例如,為了提高混凝土的強度,施工時經常采用強行增加水泥用量的做法,施工時經常用強行增加水泥用量的做法,用不水量大?;鸹冶仍礁?,混凝土收縮越大。養護方法。良好的養護方法可加速混凝土的水化反應,獲得較高的混凝土強度。養護時間越長,則混凝土收縮越小。對于溫度和收縮引起的裂縫,增配構造鋼筋可用明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結構(壁厚20-60cm)。構造上配筋宜優先采用小直徑鋼筋小距布置,全截面構造配筋率宜低于0.3%,一般可采用0.3%-0.5%。


       4、施工工藝質量引起的裂縫

       在混凝土結構中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿各種裂縫,特別是細長薄壁結構容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有:①混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。②混凝土振搗不密實、不均勻、出一蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋誘蝕或其它荷載裂縫的起源點。③混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易發生裂縫,既塑性收縮性。④混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。⑤混凝土分層或分段時,接頭部位處理裂縫。⑥混凝土分層或分段時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。⑦施工時拆模過程,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。


       5、結構設計中存在缺陷,如采用橋型結構不當、設計假定不盡合理。

       6、橋梁施工質量差,未按設計要求和施工規程實施。

       7、不重視橋梁后期養護工作,沒有及時消除己產生的病害。

       8、洪水等自然災害使橋梁產生損壞。

       9、地質條件差,如滑坡、軟基等導致橋梁產生病害。


       二、橋梁加固的一般流程

       在橋梁結構發生病害后,需要采取措施進行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應遵循以下工作程序:

       結構可靠性鑒定―加固方案確定―加固設計―施丁組織設計―施工―驗收。

       結構可靠性鑒定,主要是對病害結構的病情診斷。加固方案好比處方,加固設計是現行規范及有關標準對加固方案的深化過程。加固施工是對被加固結構按加固設計進行加固的施工過程,對于大型結構加固,為確保質量和安全,施工前應編制施工組織設計。


       三、橋梁加固增強技術

       橋梁的增強改造可以分為裂縫修補和對橋梁結構的加固增強,下面介紹其特點及其適用的場合。


      ?。ㄒ唬┝芽p修補技術

       裂縫修補的目的在于恢復結構物的防水性和耐久性,主要技術有:

       1.表面處理法,在微裂縫的表面涂抹填料及防水材料,以提高其防水性和耐久性。對于寬度發生變化的裂縫,要設法使用有伸縮性的材料。

       2.注漿法,在裂縫中注入樹脂或水泥類材料,以提高其防水性及耐久性。主要注漿材料是環氧樹脂,多采用低壓低速注入法。環氧樹脂注入法與鋼釘并用,可以增強裂縫部位的整體性,是一種防止裂縫繼續發展的好辦法。

       3.充填法,這是一種適合于修補較寬裂縫的方法,具體做法是沿裂縫鑿一條深槽,然后在槽內嵌補各種粘結材料,如水泥砂漿、環氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環氧樹脂硅、瀝青及各種化學補強劑等。

       4.表面噴涂法,噴漿修補是一種在經鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實而且粘度高的水泥砂漿保護層,來封閉裂縫的修補方法。噴漿前,需要把結構表面的剝離部分除去,再用水沖洗清潔,并在開始噴漿之前把基層濕潤,然后再開始噴漿。

       5.粘結鋼板封閉法,當鋼筋構件產生主拉應力裂縫時,可對裂縫先進行處理之后,再在裂縫處粘結鋼板,并用膨脹螺栓對鋼板加壓。鋼板粘結方向應和裂縫方向垂直。


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       本文以常見的橋梁結構形式的上部結構及其常見的加固方法進行說明。

       梁式橋上部結構加固增強技術主要有加大截面加固法、外部粘貼加固法、外部預應力加固法、改變結構體系加固法、增設縱梁加固法。

       加大截面加固法采用增大構件的截面面積,根據荷載大小和凈空條件不同,可分為以加大截面面積為主和加配鋼筋為主兩種加固方案。

       外部粘貼加固法系用型鋼、玻璃鋼等材料通過環氧樹脂等粘合劑粘貼在結構外部,以提高結構承載能力的一種方法。適用于構件尺寸受限制但又必須大幅度提高結構承載能力的場合,必須保證粘和劑的質量

       外部預應力加固法指運用預應力原理,在增設的構件或原有構件上施加一定初始應力的一種加固方法。采用對受拉區施加預加壓力,可以抵消部分自重應力,起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。改變結構體系加固法通過增設支撐或橋墩,把簡支變為連續、在梁下增設如鋼架等加勁梁或疊合梁,以減小梁內控制截面峰值彎矩,提高承載能力的一種加固方法。

       增設縱梁加固法在橋梁墩、臺基礎穩定,并具有足夠承載能力的情況下,可采用增設承載能力高和剛度大的新縱梁,這些新梁與舊梁連接在一起共同受力。由于應運中的車輛荷載在新增主梁后的橋梁結構中重新分布,使原梁中所受荷載得以減少,加固后的橋梁承載能力和剛度得以提高。當增設的縱梁位于主梁的一側或兩側時,兼有拓寬的作用。此法適用于梁體結構基礎完好,而承載能力不能滿足要求的場合。


      ?。ㄈ蛄航Y構加固新技術――錨噴

       隨著施噴機具的發展以及速凝劑的采用,人們把噴射與錨桿、鋼筋網等配合起來使用,促進了錨噴技術的完善。實踐證明,錨噴技術完全可以應用于橋梁上部結構的加固增強。

       噴射硅的性能噴射硅在工藝材料及結構等方面與普通現澆硅相比有許多優點。施工中需加入速凝劑,因而又具有快凝、早期強度高的特點;錨噴技術不用或只用側向模板,其運輸、澆注、搗固合并為一道工序、設備簡單、占地面積小、施工機械化程度高、速度快、效率高、節省勞動力;可設計性強,即按照加固整治的實際需要可在拱腹下施噴形成各種結構類型;不中斷交通。




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