簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理研究

【摘要】近年來(lái)，簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化導(dǎo)致橋梁的安全管理形勢(shì)嚴(yán)峻。因此，對(duì)簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理的研究是非常有必要的。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化原因分析研究，發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)作為其最主要的承重構(gòu)件，劣化機(jī)理主要表現(xiàn)為材料劣化引起的耐久性損傷和外部作用引起的結(jié)構(gòu)性損傷。

【關(guān)鍵詞】簡(jiǎn)支梁橋；上部結(jié)構(gòu)；劣化機(jī)理

1、引言

簡(jiǎn)支梁橋是將梁作為主要承重構(gòu)件的梁橋，一端支撐在活動(dòng)支座上，另一端支撐在鉸支座上，是公路橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式。預(yù)制的簡(jiǎn)支梁橋主要承重構(gòu)件表面大多外光內(nèi)實(shí)，梁體兩側(cè)鑿毛不徹底，板體與鉸縫混凝土連接不緊密，導(dǎo)致空心板單板受力。

簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化主要表現(xiàn)為鋼筋銹蝕和空心板體、梁體混凝土裂縫兩個(gè)方面[1]。然而目前對(duì)簡(jiǎn)支梁橋劣化機(jī)理只是進(jìn)行了初步研究[2]，還缺乏明確的劣化機(jī)理的詳細(xì)闡述。因此，筆者通過(guò)幾十年的梁橋施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理進(jìn)行研究總結(jié)。

2、材料劣化機(jī)理

2.1鋼筋銹蝕機(jī)理

鋼筋銹蝕的本質(zhì)是Fe發(fā)生緩慢的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)[3]。在空氣中，鋼筋易與氧氣發(fā)生化合反應(yīng)，在表面形成結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜，能夠很好地隔絕Fe離子與外界腐蝕性介質(zhì)接觸，從而起到防腐蝕作用。但是，水泥混凝土呈弱堿性，鋼筋表面氯離子達(dá)到臨界濃度后，鋼筋表面較薄的鈍化膜就很容易破壞。

2.2水泥混凝土材料劣化機(jī)理

（1）水泥混凝土碳化

由二氧化碳引起的水泥混凝土中性化過(guò)程稱為水泥混凝土的碳化。水泥混凝土的中性化過(guò)程是指侵入水泥混凝土中的外界環(huán)境酸性介質(zhì)與混凝土中的堿性介質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使水泥混凝土pH值降低的過(guò)程[4]。水泥熟料中的熟石灰與二氧化碳和硅酸根發(fā)生化合反應(yīng)生成碳酸鈣等物質(zhì)，阻塞了水泥混凝土的空隙，空隙率降低，提高了結(jié)構(gòu)密實(shí)度；同時(shí)，水泥混凝土的碳化降低了Ca（OH）2的pH值和濃度，加劇了鋼筋鈍化膜破壞，鋼筋銹蝕速度加快[5]。

（2）化學(xué)侵蝕

水泥混凝土的化學(xué)侵蝕分為膨脹性侵蝕、溶解性侵蝕和溶出性侵蝕三類。

膨脹性侵蝕主要是指水泥混凝土材料與硫酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水泥混凝土體積膨脹造成的漲裂松散破壞。水泥混凝土受到硫酸鹽侵蝕破壞一般從棱角開(kāi)始，然后出現(xiàn)裂縫，表層慢慢離散、剝落。堿與水化硅酸鈣反應(yīng)生成膠結(jié)性差、抗侵蝕能力弱的絡(luò)合產(chǎn)物的過(guò)程為水泥混凝土的堿侵蝕。溶出性侵蝕常發(fā)生在滲透性強(qiáng)、密實(shí)性差的水泥混凝土結(jié)構(gòu)中，水泥混凝土中水化產(chǎn)物Ca（OH）2的溶解流失造成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣失去穩(wěn)定性，隨流水溶出，導(dǎo)致水泥混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低[6]。

（3）堿集料反應(yīng)

堿集料反應(yīng)是混凝土集料表面的二氧化硅在堿溶液中溶解被羥基化形成凝膠，吸收周圍的鈣、鉀、鈉等離子。隨著鈣離子吸收量的增加，凝膠逐漸轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的固態(tài)；凝膠吸收的鉀、鈉離子使其粘性增加，吸水膨脹。水泥中的堿與具有堿活性的集料發(fā)生堿集料反應(yīng)后，會(huì)造成水泥混凝土體積膨脹，物理力學(xué)性能降低。

（4）凍融破壞

水泥混凝土凍融破壞是混凝土中水分隨著外界環(huán)境溫度的變化凍融而引起水泥混凝土材料的損傷或破壞，包括混凝土內(nèi)部損傷引起結(jié)構(gòu)的凍脹開(kāi)裂和水泥混凝土表面材料損傷剝蝕，其中最直觀的表現(xiàn)形式是混凝土表面漿體逐漸剝落，粗骨料外露。

3、結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理

導(dǎo)致簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化的結(jié)構(gòu)原因：

（1）基礎(chǔ)不均勻沉陷?；壮休d能力不均衡，引起基礎(chǔ)沉降不均勻，致使簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)沉陷不均勻而發(fā)生劣化。

（2）支座老化疲勞破壞。簡(jiǎn)支梁橋支座歪斜、傾頹，造成空心板不均勻下沉，橋面產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致空心板受力不均甚至單板受力。

（3）梁體裂縫?？招陌搴蚑型梁的撓度與結(jié)構(gòu)開(kāi)裂成正比關(guān)系，加劇上部結(jié)構(gòu)的劣化缺陷。裂縫越多，梁板的下?lián)弦苍酱螅涣喊蹇缰邢聯(lián)显酱?，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂就越嚴(yán)重。

（4）空心板由于端部應(yīng)力集中而破碎?？招陌宥瞬渴軌簠^(qū)在活荷載或超重荷載頻繁沖擊下，出現(xiàn)應(yīng)力集中發(fā)生破碎劣化。

（5）伸縮縫作用失效。伸縮縫沒(méi)有或未完全發(fā)揮作用，熱脹冷縮功能失效，造成空心板端部受擠壓破碎，鋼筋裸露。特別是一旦后張板的錨墊板失去錨固預(yù)應(yīng)力筋的能力，對(duì)空心板破壞是致命性的。

（6）空心板間鉸縫聯(lián)結(jié)不力。其一，空心板的應(yīng)變量與鉸縫混凝土應(yīng)變量不同步，表現(xiàn)為鉸縫混凝土填縫不嚴(yán)密，出現(xiàn)縫隙，致使空心板單板受力，從而影響簡(jiǎn)支板橋的使用壽命；其二，鉸縫水泥混凝土產(chǎn)生的徐變和水泥混凝土的收縮變形促進(jìn)了空心板側(cè)壁與鉸縫混凝土間裂縫的產(chǎn)生；其三，橋梁空心板施工工序、要求等不適宜，不利于消除空心板側(cè)壁與鉸縫混凝土間裂縫的產(chǎn)生。

（7）預(yù)制空心板的芯模上浮。在空心板預(yù)制過(guò)程中，由于施工操作不當(dāng)致使膠囊、鋼木結(jié)合內(nèi)?；蜾搩?nèi)模上浮，預(yù)制空心板頂部厚度比設(shè)計(jì)厚度低，橋面鋪裝通車后，在車輛等頻繁活荷載作用下，空心板及橋面會(huì)出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致上部機(jī)構(gòu)劣化。

4、結(jié)論

基于十幾年的橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，本文研究總結(jié)了簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)的劣化機(jī)理，從材料、結(jié)構(gòu)及施工質(zhì)量控制等方面分析了造成簡(jiǎn)支梁橋上部結(jié)構(gòu)劣化的原因，為簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)施工提供理論依據(jù)。