淺談梁橋病害及其預防

陸娟

摘要：梁橋分為鋼筋混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)形式，一座橋梁建成后，大小病害基本就接踵而至，其病害基本可以歸納為以下四類：上部構(gòu)造病害、下部構(gòu)造病害、橋面系病害及附屬構(gòu)造病害，最終表現(xiàn)形式就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫及超出規(guī)范容許的變形。本文試圖探究裂縫及變形是如何產(chǎn)生的，分析病害原因，并提出病害預防措施。

關鍵詞：梁橋 ，病害， 裂縫 ，病害原因 ，預防措施

Abstract: the bridge into reinforced concrete and prestressed concrete structure form, a bridge was completed, the disease will follow basic size, the basic diseases can be summarized as the following four categories: the upper structure disease, the supporting structure of diseases, disease and subsidiary structure bridge diseases, finally forms is structure cracks and beyond the standard allow deformation. This paper attempts to explore the cracks and deformation is about, analysis reasons of these diseases, and put forward the disease prevention measures.

Keywords: beam bridge, disease, cracks, reasons of these diseases, and the preventive measures

中圖分類號：U448.21+6文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

橋梁運營時，由于頻繁承載，甚至超載，以及自然界或自然災害的侵襲，交通事故等因素，會造成橋梁損傷和病害。隨著使用年限的增長，橋梁的損傷及病害種類、部位會越來越多，其程度也會越來越嚴重。為了確保橋梁處于安全狀態(tài)及正常使用的耐久性，有必要針對橋梁不同的病害，進行科學有效的維修加固，最大限度實現(xiàn)和延長橋梁的正常使用壽命。

二、病害原因分析

混凝土梁橋結(jié)構(gòu)病害的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一種病害均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?；炷亮簶虿『Φ姆N類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種。

2.1 超過結(jié)構(gòu)設計荷載引起的裂縫

1、設計計算階段：結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不足。結(jié)構(gòu)設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當?shù)取?/p>

2、施工階段：橋上不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式等。

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(fā)生大風 、大雪、地震、爆炸等。

圖1 設計不當、超載等原因?qū)е聵蛄翰『?/p>

近年來隨著我國工業(yè)化進程的加快，特大型工業(yè)設備運輸、集裝箱運輸、礦山特種車輛及私自改裝重型車輛的運行，都給現(xiàn)有橋梁的安全使用造成威脅。原來按舊標準規(guī)定的荷載等級設計建造的橋梁，由于交通量的不斷增加，加之前述重型車輛的頻繁出現(xiàn)，造成這些橋梁不斷出現(xiàn)病害。

2.2 鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)造成的損害

鋼筋銹蝕是一個比較普遍、且嚴重威脅結(jié)構(gòu)安全的耐久性問題。它在影響結(jié)構(gòu)物耐久性因素中，占據(jù)主導地位。美國、英國、德國和日本等國每年均花費巨資用于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性修復，其中鋼筋銹蝕占有相當大的比例。我國也有相當數(shù)量的鋼筋混凝土橋梁相繼進入老化期，鋼筋銹蝕的研究和防治顯得非常重要。

鋼筋銹蝕對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞分為三個時期：前期是鋼筋表面局部銹蝕出現(xiàn)銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個表面銹蝕，并產(chǎn)生膨脹，與保護層脫離，發(fā)生層裂；后期表現(xiàn)為鋼筋鐵銹進一步膨脹，混凝土本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕，有效截面不斷減小，橋梁結(jié)構(gòu)承載力不斷下降，鋼筋混凝土構(gòu)件喪失基本承載能力。

銹蝕鋼筋抗力的降低直接影響服役結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載能力，嚴重時可造成結(jié)構(gòu)提前失效甚至倒塌。沿鋼筋長度發(fā)生均勻銹蝕時，鋼筋的失重率近似等于鋼筋的截面面積損失率，鋼筋所能抵抗的極限拉力的降低與鋼筋截面面積銹損率基本成正比，此時，可以簡單地用銹損鋼筋的實際截面面積乘以未銹鋼筋的極限抗拉強度獲得銹蝕鋼筋的極限抗拉能力。

圖2 鋼筋銹蝕引起混凝土脫落

混凝土中的鋼筋一旦發(fā)生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產(chǎn)物，并且同時向周圍混凝土孔隙中擴散。銹蝕產(chǎn)物體積比腐蝕鋼筋的體積要大得多，一般可達鋼筋腐蝕量的 2—4 倍。銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹使鋼筋外圍混凝土產(chǎn)生環(huán)向拉應力，當環(huán)向拉應力達到混凝土的抗拉強度時，在鋼筋與混凝土界面處將出現(xiàn)內(nèi)部徑向裂縫，隨著鋼筋銹蝕的進一步加劇、鋼筋銹蝕量的增加，徑向內(nèi)裂縫向混凝土表面發(fā)展，直到混凝土保護層開裂產(chǎn)生順筋方向的銹脹裂縫，甚至保護層剝落，嚴重影響鋼筋混凝土橋梁的正常使用。

鋼筋與混凝土的粘結(jié)是一種復雜的相互作用，通過它來傳遞二者之間的應力，協(xié)調(diào)變形，因此鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固性能是保證鋼筋與混凝土兩種不同材料共同工作的基本前提。鋼筋與混凝土間銹蝕層的潤滑作用、鋼筋表面橫肋的銹損、混凝土保護層的開裂或剝落都會導致鋼筋混凝土粘結(jié)錨固性能降低甚至完全喪失，最終影響鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。

2.3 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形受到約束，在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

2.4 養(yǎng)護措施不當引起的裂縫

養(yǎng)護維修及加固措施不當。

有些橋梁的技術缺陷則是由于養(yǎng)護維修不恰當引起的。如橋面維修增加過大的恒載，致使橋梁本身自重過大，承載力相對提高較小或未提高；橋面排水處理不當，橋面滲水；支座維修不當，改變了整個結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)等。

三、梁橋病害的預防措施

橋梁病害預防思想應貫穿整個橋梁壽命期間，包括設計及方案階段，設計階段應詳細調(diào)查交通量并充分估計將來增加的交通量，提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。橋型應選擇較為成熟且應用廣泛的方案；施工階段應精心組織施工，加強觀測；運營階段嚴防超載，定期檢查，

依據(jù)相關資料并吸收實際工程經(jīng)驗，提出以下幾方面預防措施，以期達到防范于未然的目的。

3.1 提高設計水平

提高設計階段的設計者水平。主要通過選用合理的計算模型；提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)；考慮合理的施工方案；提高結(jié)構(gòu)耐久性設計等措施，嚴把設計關，減少梁橋產(chǎn)生病害的先天不足。

3.2 定期檢查及檢測