超載車輛對(duì)橋梁損傷的分析

趙 云 鵬

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150040； 2.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

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超載車輛對(duì)橋梁損傷的分析

趙 云 鵬1,2

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150040； 2.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

分析了超載車輛對(duì)各種構(gòu)造的橋梁造成損傷的表現(xiàn)形式及原因，并提出了避免超載車輛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷的預(yù)防措施，同時(shí)探討了對(duì)橋梁進(jìn)行維修加固的方法，以延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命，消除交通安全隱患。

超載車輛，橋梁損傷，維護(hù)加固

1 超載車輛對(duì)橋梁造成損傷的形式及原因

車輛運(yùn)輸貨物駛過(guò)橋梁時(shí)所產(chǎn)生的重力超過(guò)了橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的承重限值構(gòu)成了超載，超載產(chǎn)生的各個(gè)力比如彎矩和剪應(yīng)力都超過(guò)了橋梁設(shè)計(jì)限值，從而使得橋梁頂板、底板或橋墩、腹板產(chǎn)生裂縫，以下主要分析了不同結(jié)構(gòu)形式橋梁產(chǎn)生裂縫的形式和成因。

1.1 組合式橋梁損傷形式及成因

橋梁有多種組合方式，常見(jiàn)的有多條橋板組合和T型式組合橋梁。多條橋板組合式的橋梁，大多情況下是板底出現(xiàn)橫向的開(kāi)裂，出現(xiàn)裂縫的位置多集中在橋梁的后中部位。出現(xiàn)這種損傷的原因主要是超載車輛對(duì)橋面產(chǎn)生的重力超過(guò)了橋梁的抗彎強(qiáng)度。T型式組合橋梁的開(kāi)裂處多處于梁底、腹板位置，處于腹板跨中位置的橫向開(kāi)裂和豎向開(kāi)裂的形成往往是正截面抗彎強(qiáng)度不足所造成的，而腹板抗剪強(qiáng)度不足就會(huì)引起支座周邊出現(xiàn)開(kāi)裂。對(duì)組合式橋梁來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)最薄弱的地方是在梁與梁之間的橫向聯(lián)結(jié)處，該處在超載車輛的作用下就會(huì)先遭到損害，導(dǎo)致主干橋段出現(xiàn)車轍，增加了行車的顛簸性，久而久之橋面順著主梁鉸的方向會(huì)出現(xiàn)縱向的開(kāi)裂，時(shí)間久了鉸縫內(nèi)的混凝土填充物慢慢會(huì)出現(xiàn)整塊的剝離、脫落，下雨時(shí)，積水就會(huì)從鉸縫處滲漏出來(lái)。橋梁上部結(jié)構(gòu)各主梁間通過(guò)鉸縫和鋪裝混凝土層來(lái)實(shí)現(xiàn)橫向聯(lián)結(jié)的，一旦前文所述的損害將橫向聯(lián)結(jié)徹底破壞后，橫向聯(lián)結(jié)就對(duì)分散車輛的荷載起不了作用，即無(wú)法將荷載力均衡傳遞到不同主梁去，車輛的力量全部都作用在單獨(dú)的一條主干梁墩上，從而使得橋梁的整體承重能力下降。同時(shí)，獨(dú)自承重的那根橋梁由于不能承受限值重力，在跨中部會(huì)出現(xiàn)彎矩裂縫，致使承載能力下降。

1.2 整體現(xiàn)澆板橋損傷形式及成因

現(xiàn)澆板橋裂縫的形式多種多樣，縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫同時(shí)存在，而且裂縫的走向跟車行的方向不在同個(gè)方向，有向鈍角偏移的跡象。產(chǎn)生這種裂縫主要原因是超載車輛彎矩過(guò)大使得底板產(chǎn)生的拉伸力過(guò)大，但在這種情況出現(xiàn)的裂縫一般也不會(huì)降低橋梁的承重能力，因?yàn)橛辛芽p的存在，鋼筋暴露出來(lái)，時(shí)間長(zhǎng)了鋼筋會(huì)被腐蝕，從而影響到橋梁的耐久性，慢慢損傷到結(jié)構(gòu)的整體承載能力。目前一些跨度比較大的橋梁都會(huì)融入預(yù)應(yīng)力技術(shù)，這是因?yàn)槌d的車輛會(huì)使得橋梁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較大的撓度，這個(gè)撓度會(huì)令預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不能正常工作，這樣一來(lái)會(huì)大幅度降低橋梁承重的能力。另外，超載的車輛也會(huì)對(duì)橋梁下部的結(jié)構(gòu)造成破壞，如果橋梁長(zhǎng)期在超載車輛的作用下，橋梁根基就會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉陷，時(shí)間長(zhǎng)了橋梁墩臺(tái)就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂或是傾斜，無(wú)論是柱式的墩臺(tái)、框式的墩臺(tái)都會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，從而損害到橋梁的整體承載能力。更為嚴(yán)重的是，根基沉陷的不平衡反過(guò)來(lái)會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成破壞，使得橋梁還會(huì)受到外加內(nèi)力的作用，破壞到橋面鋪裝和橫向聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，降低了橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。

1.3 橋面鋪裝和伸縮縫的損傷成因

橋面鋪裝和伸縮縫直接面對(duì)車輛作用力的部位，承受著車輛的荷載壓力、沖擊力、剪切力和磨損。如果超載車輛從鋪裝和伸縮縫碾壓過(guò)會(huì)大大增加上述的作用力，而且以前老舊的橋梁在設(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)有充分計(jì)算到這些作用力的大小，只是簡(jiǎn)單的加入一些鋼筋，所以橋面鋪裝和伸縮縫受損傷的情況非常普遍。而且在橋梁建成后不久這種損傷就會(huì)出現(xiàn)，一般表現(xiàn)為網(wǎng)狀裂縫、縱向橫向裂縫或是嚴(yán)重性的破裂。如果這些損傷進(jìn)一步惡化就會(huì)損害到主體承重結(jié)構(gòu)，比如空心板、箱梁頂、T梁以及箱梁翼板的混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、壓碎等現(xiàn)象，以致橋面出現(xiàn)塌陷。超載運(yùn)輸還會(huì)使得伸縮縫使用時(shí)間變短，常出現(xiàn)破損、錨固件脫落、伸縮板邊緣混凝土破碎等情況。

2 預(yù)防和維護(hù)橋梁因車輛超載而受損害的措施

采取科學(xué)有效的預(yù)防和維護(hù)措施，可以防止橋梁在超載車輛的長(zhǎng)期作用下而發(fā)生各種形式的損傷，可以防止受損范圍的擴(kuò)大和程度的惡化，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，減少安全隱患。

2.1 適度提高橋梁設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)合理選擇橋梁形式

在橋梁設(shè)計(jì)階段，適度提高橋梁載荷的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)的極限承載力，并且在設(shè)計(jì)荷載一定的情況下，合理選擇合適的橋梁形式。通過(guò)上文對(duì)超載車輛作用于不同橋梁的結(jié)果分析來(lái)進(jìn)行橋梁形式的合理選擇。在一般情況下，斜交橋跟同等跨度的正橋梁相比，超載車輛產(chǎn)生的重力要大一些，這是緣于車輛經(jīng)過(guò)斜交橋的時(shí)候，輪胎不同時(shí)作用在橋梁損傷的地方，因而產(chǎn)生的截面力比較小。所以，在設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候可以根據(jù)路段情況適度的設(shè)計(jì)一些斜交橋，這樣可以減少超載車輛對(duì)橋梁造成的破壞。對(duì)一些同一時(shí)間內(nèi)車流比較大，經(jīng)常出現(xiàn)超載情況而且跨徑較大的橋梁，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)力要足夠大，否則容易在超載車輛較大結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用下發(fā)生較大程度的毀壞；然而跨徑太小，超載車輛也會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，容易對(duì)橋梁造成損傷，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候也要充分考慮到這一點(diǎn)。

2.2 限制超載車輛通行

長(zhǎng)期有超載車輛從橋梁上通過(guò)也是造成橋梁損傷的重要原因之一，為了減少對(duì)橋梁的損傷程度，國(guó)家和各地政府應(yīng)該制定法規(guī)政策限制、禁止超載車輛的通行。雖然各地市政單位都有在橋梁顯眼處掛牌注明橋梁能夠允許的最大載重量，但實(shí)際上超載現(xiàn)象在一些地區(qū)還是比較嚴(yán)重的。因此，各地應(yīng)該采取經(jīng)濟(jì)手段和行政手段加大對(duì)超載車輛的查處和打擊力度，比如提高對(duì)超載車輛的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)遏制超載車輛的運(yùn)營(yíng)；查扣超載車輛、吊銷超載車輛營(yíng)運(yùn)資格的手段，用行政手段來(lái)打擊超載車輛。此外，在一些跨越寬度比較長(zhǎng)的橋梁特別要限制超載車輛的通行，嚴(yán)禁超載車輛縱橫向的距離，特別是嚴(yán)厲禁止車輛在橋梁上快速超車行為，而且要求適當(dāng)放慢行車速度，從而減少車輛荷載對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力作用，降低對(duì)橋梁的損傷。

2.3 維護(hù)加固損傷的橋梁

對(duì)于一些已經(jīng)出現(xiàn)了損壞的橋梁，除了要做好預(yù)防措施之外，還需要采取必要的修補(bǔ)加固措施對(duì)其進(jìn)行維修加固。比如加固橋面補(bǔ)強(qiáng)層，對(duì)橋面的破損處鑿除后，在橋面上鋪一層鋼筋混凝土層，以改善橋梁荷載橫向分布力，達(dá)到提高橋梁承載能力的目的；當(dāng)橋梁的抗震裂、抗破裂的穩(wěn)定性和剛性不夠時(shí)，可以通過(guò)在梁底面或側(cè)面加大尺寸的方法提高梁的有效高度和抗彎強(qiáng)度；當(dāng)橋梁的主梁有比較嚴(yán)重的橫向裂縫時(shí)，可以使用粘結(jié)劑或是錨栓將鋼板粘貼錨固定在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉邊緣或是比較脆弱的位置，這種用鋼板來(lái)加固鋼筋的方式可以大大提高橋梁的承載能力。對(duì)于橋下部，如果出現(xiàn)橋梁墩臺(tái)基底發(fā)生沉陷就可以采用在樁式基礎(chǔ)的周圍補(bǔ)加鉆孔樁的方法進(jìn)行加固；對(duì)于一些裂縫，可以采用灌漿塞縫的方法將一定比例配比的水泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂砂漿灌入結(jié)構(gòu)物縫隙內(nèi)將縫裂填塞以避免裸露的鋼筋受到進(jìn)一步的損傷。

3 結(jié)語(yǔ)

橋梁是交通運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，其安全性和耐久性關(guān)系到過(guò)往車輛的安全，同時(shí)也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。由于超載車輛的長(zhǎng)期碾軋，這些橋梁總是會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷，通過(guò)分析不同橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷的成因，可以幫助我們?cè)诓扇〈胧╊A(yù)防橋梁損傷和維修加固受損橋梁方面提供有效的參考指導(dǎo)意見(jiàn)，以減少橋梁受損程度，提高橋梁的承載能力。

毛成林.橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)的研究進(jìn)展.科技信息，2010(28)：19.

郭訓(xùn)如.橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別評(píng)價(jià)應(yīng)用技術(shù)研究.科技之友，2010(7)：15.

李中付.結(jié)構(gòu)早期損傷識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).振動(dòng)與沖擊，2012(13)：24.

Analysisonoverloadingvehiclestobridgedamages

ZhaoYunpeng1,2

(1.Civil Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China;2.Liaoning Traffic Planning and Design Institute, Shenyang 110166, China)

Thispaperanalyzedtheformsandcausesofoverloadingvehiclestobridgedamageswithvariousstructures,andproposedthepreventionmeasuresavoidoverloadingvehiclecauseddamagestobridgestructure,atthesametime,discussedthemethodmademaintenanceandreinforcementtobridge,soastoprolongtheservicelifeofroadbridges,eliminatedthetrafficsafetyhiddendangers.

overloadingvehicle,bridgedamage,maintenanceandreinforcement

1009-6825(2015)01-0152-02

2014-10-23

趙云鵬(1981- )，男，在讀博士，高級(jí)工程師

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