低高度混凝土橋梁裂縫病害分析及處置措施

匡華云

摘 要：當?shù)透叨然炷翗蛄撼霈F(xiàn)裂縫時，會影響橋梁結構的承載力，降低橋梁結構的耐久性。結合低高度混凝土橋梁裂縫處置措施，分別分析了20 mRC、20 mPC、16 mPC、16 mRC四類低高度橋梁裂縫病害，并提出了合理的建議，采取了適當?shù)奶幹么胧?/p>

關鍵詞：低高度混凝土橋梁；裂縫；病害分析；預應力

中圖分類號：U445.7+1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.106

廣梅汕鐵路京九線及畬汕線部分先張預應力和普通低高度混凝土簡支梁橋經(jīng)過長時間的使用后，梁身多處出現(xiàn)裂紋，并且相當一部分裂紋較為嚴重，部分裂縫寬度已明顯超過了現(xiàn)行鐵路橋梁鑒定規(guī)范的要求。從目前情況看，出現(xiàn)上述情況的主要原因不是很清楚，簡支梁梁身裂紋寬度、深度和長度是否繼續(xù)擴展也是未知數(shù)。實際上，當先張預應力和普通低高度混凝土簡支梁橋的梁身裂紋寬度超出一定范圍時，會出現(xiàn)砼保護層剝落、鋼筋銹蝕、砼碳化等嚴重病害，降低橋梁的持久強度，嚴重影響了其結構的耐久性和安全性。

結構的破壞和倒塌也是從裂縫擴展開始的。事實上，裂縫的擴展是結構物被破壞的初始階段，同時，有些裂縫的出現(xiàn)也會嚴重威脅結構的承載力。自混凝土技術應用以來，不斷與裂縫作斗爭，工程界一直都非常關注溫度和荷載的變化對混凝土裂縫造成的影響。

低高度混凝土橋梁裂縫的出現(xiàn)，一方面會影響橋梁結構的承載力；另一方面也會降低橋梁結構的耐久性。目前，國內(nèi)對先張預應力和普通低高度混凝土簡支梁橋裂紋成因機理的分析僅局限于定性的分析，并沒有進行一些定量的力學數(shù)值分析。根據(jù)現(xiàn)場調查和檢測、試驗數(shù)據(jù)，結合有限元分析結果，提出了該類結構裂紋的整治措施，以防止結構裂紋繼續(xù)擴展，達到消除結構中不安全因素的目的。

1 研究現(xiàn)狀及意義

目前，對低高度混凝土橋梁裂縫的主要處置方法有以下幾種：表面處理法、填充法、灌漿法、表面噴涂法、結構補強法、粘貼鋼板封閉法、因堿骨料開裂的混凝土裂縫修補和粘貼CFRP布加固法等。

裂縫處置和加固的方法種類較多，但是，從裂縫的受力角

度看，裂縫分為受力性裂縫和非受力性裂縫。受力性裂縫不僅會影響結構的耐久性，還會威脅結構的承載能力。針對受力性裂縫，表1中列出了目前常用的處理方法及其優(yōu)缺點。

2 裂縫病害分析

為了科學地分析低高度混凝土橋梁裂縫病害，從現(xiàn)場收集部分較為嚴重的橋梁縫數(shù)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行有限元分析、處理，四種橋梁結構的典型裂縫病害特征如表2所示。

根據(jù)各類橋梁的病害特征，分析出現(xiàn)裂縫的具體原因。

2.1 20 mRC低高度梁裂縫病害分析

2.1.1 腹板靠近馬蹄處和馬蹄處縱向裂通裂縫

這類裂縫為受力性裂縫。從裂縫形態(tài)看，裂縫縱向貫通，

主要出現(xiàn)在馬蹄側面、腹板中下部。有限元計算說明，在荷載作

用下，腹板中下部和馬蹄主拉應力已經(jīng)超過了混凝土的抗拉強度。在溫度作用下，靠近主筋部位處的混凝土薄弱部位最先開裂，釋放變形能，從而形成腹板靠近馬蹄處和馬蹄處縱向裂通裂縫。

表2 橋梁結構的典型裂縫病害特征

2.1.2 梁體翼板底部縱向裂通裂縫

這類裂縫為非受力性裂縫。從裂縫形態(tài)看，裂縫縱向貫通，主要出現(xiàn)在翼板底的中部。有限元計算結果說明，在荷載作用下，此結構不可能開裂?，F(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，堿骨料病害現(xiàn)象并不明顯。裂縫與結構構造有關，屬于受養(yǎng)護溫度影響所產(chǎn)生的自應力裂縫類型。雖然1985規(guī)范中增加了翼板寬度，但是，翼板厚度增加是有限的。在養(yǎng)護溫度影響下，由于鋼筋材料與混凝土膨脹系數(shù)有差別，使得拉應力沿鋼筋分布較大。當拉應力超過混凝土強度和抗拉強度時，即形成了梁體翼板底部縱向裂通裂縫。

2.1.3 支座兩端局部網(wǎng)格狀裂縫

這類裂縫為非受力性裂縫，屬于養(yǎng)護不當造成的混凝土收縮裂縫。

2.1.4 變截面腹板延伸至支點馬蹄處斜裂縫

這類裂縫為受力性裂縫，支點處的裂縫寬度大于腹板處的裂縫寬度。有限元計算說明，在荷載作用下，支點處主拉應力超過了混凝土的抗拉強度，從而形成了與主拉應力垂直的斜裂縫。

2.2 20 mPC低高度梁裂縫病害分析

2.2.1 腹板中部和馬蹄處縱向裂通裂縫

這類裂縫為受力性裂縫。從裂縫形態(tài)看，此類裂縫縱向貫通，主要出現(xiàn)在馬蹄側面和腹板中下部。有限元計算說明，在荷載作用下，馬蹄和腹板中下部主拉應力滿足混凝土抗拉強度的需要。在溫度作用下，靠近主筋部位的混凝土薄弱部位最先開裂，并釋放變形能，從而形成了腹板中部和馬蹄處縱向裂通裂縫。

2.2.2 梁體翼板底部縱向裂通裂縫

這類裂縫為非受力性裂縫。從裂縫形態(tài)看，裂縫縱向貫通，主要出現(xiàn)在翼板底的中部。有限元計算結果說明，在荷載作用下，該處結構不可能開裂?，F(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，堿骨料病害現(xiàn)象并不明顯。裂縫與結構構造有關，屬于受養(yǎng)護溫度影響所產(chǎn)生的自應力裂縫類型。雖然1985規(guī)范中增加了翼板寬度，但是，翼板厚度增加是有限的。在養(yǎng)護溫度的影響下，由于鋼筋材料與混凝土膨脹系數(shù)有差別，使得拉應力沿著鋼筋分布較大。當拉應力超過混凝土強度和抗拉強度時，就會形成梁體翼板底部縱向裂通裂縫。

2.2.3 底板由支座至跨中局部縱向裂縫

這類裂縫為受力性裂縫。裂縫主要受預應力、截面尺寸的影響較大。這類裂縫病害主要是因為在預制過程中，施工和養(yǎng)護不當而造成的。

2.2.4 變截面腹板延伸至支點馬蹄處斜裂縫

這類裂縫為受力性裂縫。腹板處裂縫寬度大于支點處的裂縫寬度。有限元計算說明，在荷載作用下，支點處的主拉應力能滿足混凝土抗拉強度的需要。裂縫主要受溫度、預應力和收縮的影響，一方面，這類裂紋在預制過程中，養(yǎng)護溫度過高使得腹板收縮過大，產(chǎn)生沿腹板的斜裂縫；另一方面，由于低高度先張梁高低，截面慣性矩小，預應力筋采用直線配置，上翼緣拉應力大，受徐變的影響，形成了由腹板延伸至支點馬蹄處的斜裂縫。除此之外，梁高低，下梗肋處折角應力集中現(xiàn)象突出，也是出現(xiàn)這類裂縫的原因。

2.3 16 mPC低高度梁裂縫病害分析

2.3.1 變截面腹板延伸至支點馬蹄處斜裂縫

這類裂縫為受力性裂縫，腹板處裂縫寬度大于支點處裂縫寬度。有限元計算說明，在荷載作用下，支點處主拉應力滿足混凝土抗拉強度需要。裂縫主要受預應力、溫度和收縮條件的影響，一方面，這類裂紋在預制過程中，養(yǎng)護溫度過高，導致腹板收縮過大，產(chǎn)生沿腹板斜裂縫；另一方面，由于低高度先張梁梁高低，截面慣性矩小，且預應力筋采用直線配置，其上翼緣拉應力大，受徐變的影響，形成了由腹板延伸至支點馬蹄處的斜裂縫。除此之外，梁高低，下梗肋處折角應力集中現(xiàn)象突出，也是出現(xiàn)這類裂縫的原因。

2.3.2 梁體翼板底部縱向裂通裂縫

這類裂縫為非受力性裂縫。從裂縫形態(tài)看，這類裂縫縱向貫通，主要出現(xiàn)在翼板底的中部。有限元計算結果說明，在荷載作用下，此處結構不可能開裂。現(xiàn)場調查表明，堿骨料病害現(xiàn)象并不明顯。該裂縫與結構構造有關，屬于受養(yǎng)護溫度影響所產(chǎn)生的自應力裂縫類型。雖然1985規(guī)范中增加了翼板寬度，但是，翼板厚度增加是有限的。在養(yǎng)護溫度影響下，由于混凝土與鋼筋材料膨脹系數(shù)有差別，使得拉應力沿鋼筋分布較大。當拉應力超過混凝土強度和抗拉強度時，形成了這類縱向裂通裂縫。

2.3.3 梁體下翼緣龜裂

這類裂縫屬于非受力性裂縫，主要是在預制過程中，養(yǎng)護不當造成的收縮裂縫。

2.4 12 mRC低高度梁裂縫病害分析

某橋為現(xiàn)澆型12 mRC低高度梁。有限元分析說明，該橋受拉側混凝土最大拉應力超過了規(guī)范的要求，屬于典型的帶裂縫工作結構。無損檢測表明，其混凝土強度略低于規(guī)范要求，嚴重影響了結構的承載力；保護層厚度小于規(guī)范值，會影響結構的耐久性。結構自振頻率偏低，說明結構承載能力儲備不足，建議換梁。

3 裂縫處置措施

針對以上四種橋梁的裂縫病害，建議采用以下處置措施：①對于12 mRC低高度梁，檢測和計算分析結果說明，該結構施工質量差，承載能力儲備不足，建議換梁。②對于其他三類橋梁，檢測和計算分析結果說明，既有結構的碳化深度、混凝土強度和結構構造均能滿足1985規(guī)范要求，但是，保護層厚度低于2005規(guī)范中提出的要求。同時，由于1985規(guī)范在橋梁構造上提出了一些新的要求，使得翼板和梗肋處易產(chǎn)生應力集中型裂縫。目前，既有結構梁體工作性能基本正常，能滿足承載力的需求。但是，部分裂縫開裂嚴重，并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，嚴重影響了結構耐久性，建議予以整治，并跟蹤觀察。

參考文獻

[1]鐘銘，王海龍.混凝土結構裂縫的研究進展[J].國防交通工程與技術，2003（1）.

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〔編輯：白潔〕