棧橋框架結(jié)構(gòu)梁的破壞原因分析

【摘要】隨著棧橋框架結(jié)構(gòu)梁的重要性的提高，研究其破壞原因凸顯出關(guān)鍵價值。本文首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了棧橋框架結(jié)構(gòu)梁破壞的形態(tài)。在探討棧橋框架結(jié)構(gòu)梁破壞原因的基礎(chǔ)上，研究了棧橋框架結(jié)構(gòu)梁加固的常用方法。

【關(guān)鍵詞】棧橋；框架結(jié)構(gòu)；梁；破壞原因；分析

一、概述

框架結(jié)構(gòu)是指以鋼筋混凝土澆搗成承重梁柱，再用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、浮石、蛭石、陶爛等輕質(zhì)板材隔墻分戶裝配而成的住宅樓、商用樓等。比較適合高層和大面積結(jié)構(gòu)的樓層施工，框架結(jié)構(gòu)先澆柱、梁、樓板，后做填充墻，為用戶提供了靈活的使用空間。框架結(jié)構(gòu)由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，其承載力和剛度都較低，其受力特點類似于豎向懸臂剪切梁，因此樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力。框架結(jié)構(gòu)由于其“整體”性好，抗震效果較傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)要高。影響框架結(jié)構(gòu)抗震性的關(guān)鍵因素是施工質(zhì)量和震級，后者是不可控的自然因素，因此框架結(jié)構(gòu)以及墻體的施工質(zhì)量對抗震效果有重要影響。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是指由鋼筋混凝土梁和柱以剛接或者鉸接相連接而構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有空間分隔靈活、自重輕、節(jié)省材料，可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)；采用現(xiàn)澆混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度要好，且設(shè)計處理好也能達(dá)到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。但是框架結(jié)構(gòu)體系也有不少的缺點，具體為：框架節(jié)點應(yīng)力集中顯著；框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，屬柔性結(jié)構(gòu)框架，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平位移較大，易造成嚴(yán)重的非結(jié)構(gòu)性破壞等等。在地震區(qū)，由于地震作用明顯，對于水平抵抗力弱的框架結(jié)構(gòu)，如何利用框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，合理地設(shè)計結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)在建筑設(shè)計的重點和熱點問題。

二、棧橋框架結(jié)構(gòu)梁破壞的形態(tài)分析

梁橋由于其橫截面由多跨梁組合而成，橋梁的病害主要表現(xiàn)為橫向聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞。在橋面上，由于結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞加劇了主梁的撓度，重車道位置會出現(xiàn)較嚴(yán)重的車轍，行車平順性降低。橋面鋪裝沿主梁的鉸縫產(chǎn)生縱向的裂縫。

我們可以從橋下觀察，最嚴(yán)重的問題就是鉸縫開裂，鉸縫內(nèi)填充的混凝土剝落，橋面上的雨水順鉸縫滲漏，有水痕。瀝青混凝土鋪裝出現(xiàn)裂縫、滲水，水泥混凝土橋面鋪裝層及鉸縫發(fā)生嚴(yán)重的碎裂，并且滲水。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)的各主梁間橫向聯(lián)結(jié)主要靠鉸縫及混凝土鋪裝層實現(xiàn)，上述病害將導(dǎo)致橫向聯(lián)結(jié)完全失效。這樣，橋梁橫截面上的主梁之間無法相互傳力，重車道上的荷載將完全作用于輪下一條單獨的主梁上，而橫截面上其他梁沒有分擔(dān)，因此，橋梁的整體承載能力降低。承受荷載的主梁會因為過載發(fā)生破壞，在跨中梁底部位出現(xiàn)彎矩裂縫，裂縫一般為多條，分布于跨中一定區(qū)段內(nèi)。裂縫的出現(xiàn)會降低梁的剛度，因此，重車道下承載的主梁的梁底向下凸出，撓度加大。

三、棧橋框架結(jié)構(gòu)梁破壞原因分析

1.對材料性能的認(rèn)識

在一般荷載作用下，鋼結(jié)構(gòu)是具有很好的受力性能的。但是在如地震等特殊荷載的作用下，則要求鋼材具有很好的延性。而鋼材在三向受拉的情況下由于無法形成側(cè)向收縮或者剪切滑移變形，就會在沒有明顯屈服的時發(fā)生脆性破壞。特別是在梁柱翼緣焊接接頭的部位，由于全熔透焊接的約束較大以及殘余應(yīng)力的影響，鋼材處于三向應(yīng)力狀態(tài)，在反復(fù)荷載很容易出現(xiàn)脆斷或裂縫的現(xiàn)象。在日本的阪神地震中就出現(xiàn)過箱形截面柱斷裂的情況，特別是在大截面的構(gòu)件中，由于其延性比小截面的構(gòu)件差，更容易產(chǎn)生這種破壞形式。同時有時候梁所選用鋼材的屈服強(qiáng)度過高，材質(zhì)延性差，達(dá)不到弱構(gòu)件的目的，梁無法先屈服形成塑性鉸。

2.施工質(zhì)量方面的不足

在一般的荷載作用下破壞的梁柱節(jié)點主要的原因就是施工質(zhì)量的問題。對于梁柱翼緣焊接的部分，由于工藝孔大小的限制，梁翼緣中心線所對的焊縫處總會存在一些缺陷，而且由于很難保持其焊接的連續(xù)性，所以焊縫周圍的殘余應(yīng)力將會很大，這樣使構(gòu)件在一開始就處于不利的應(yīng)力狀態(tài)，在荷載的作用下就可能發(fā)生焊縫處的脆性斷裂或者梁柱翼緣靠近焊縫部位的過早屈服。對于梁腹板高強(qiáng)螺栓，施工中可能存在的問題是螺栓的預(yù)應(yīng)力值不夠等，這樣在反復(fù)荷載作用下，螺栓可能發(fā)生松動而失效。而對于柱內(nèi)側(cè)的水平加勁肋，在有些工程中，沒有和梁的上下翼緣平齊，則可能發(fā)生柱翼緣發(fā)生局部屈曲，日本阪神地震中就出現(xiàn)了這樣的情況。而且對于焊接墊板的存在造成的初始裂縫在荷載作用下向梁柱擴(kuò)展。

3.設(shè)計方面問題

有研究表明，現(xiàn)在常用的這種栓焊混合連接在地震作用下的受力情況不是特別有利，這是因為“柱對梁翼緣提供了較強(qiáng)的約束，限制了由剪切變形所引起的梁上、下翼緣的翹曲，使其處于三向應(yīng)力狀態(tài)，嚴(yán)重降低了此處鋼材的延性和強(qiáng)度?！倍乙灿醒芯勘砻鳎m然在焊接梁柱翼緣時加墊板能夠保證焊接的質(zhì)量，但是由于墊板的存在對于其在反復(fù)荷載下的受力卻是不利的。總之，節(jié)點破壞的形式很多，其原因也是多種多樣的，即使對于一個節(jié)點其破壞也可能是多種因素共同作用的結(jié)果。

四、棧橋框架結(jié)構(gòu)梁加固的常用方法

1.增大梁截面與配筋加固法

增大截面與配筋加固法是通過增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的加固方法。增大截面加固法屬于被動加固法，構(gòu)件原截面要承受加固前本身的自重及增大截面產(chǎn)生的自重作用，截面拉、壓邊的混凝土及鋼筋已有初始應(yīng)力或應(yīng)變，加固后的總截面中，新增部分只承受加固后的荷載作用，而原截面則要承受加固前、后的恒、活載作用。截面拉、壓邊的混凝土及鋼筋應(yīng)力也分為兩次疊加。該方法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。

2.粘貼加固法

鐵路鋼筋混凝土加固法以粘貼鋼板加固應(yīng)用較多，粘貼鋼筋加固一般可歸為增大截面法。粘貼鋼板加固法是采用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。該方法具有基本不改變原結(jié)構(gòu)的尺寸、施工簡單、技術(shù)可靠、短期加固效果較好且工藝成熟等優(yōu)點近些年來在鋼筋混凝土橋梁的加固維修中為公路部門廣泛采納，是近幾年應(yīng)用最多的加固方法。

3.體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外張拉預(yù)應(yīng)力加固法是加固效果最明顯而施工工藝最為復(fù)雜的加固方法，該方法的加固橋梁結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是對控制截面進(jìn)行卸載，是一種較為有效的主動加固方法。該方法的優(yōu)點在于，可在不增加橋梁自重的前提下有效增加加固后主梁的抗彎剛度并大幅度提高主梁的承載能力。由于不增加上部結(jié)構(gòu)自重，減小了對墩臺基礎(chǔ)受力狀況的影響，從而降低了墩臺基礎(chǔ)的加固量。

4.改變結(jié)構(gòu)體系加固法

改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的，是一種變被動為主動的加固方法。該方法需對原結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行仔細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查與分析，在此基礎(chǔ)上，確定擬采用的新的結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換方法以及施工工藝、措施，并對轉(zhuǎn)換后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的受力分析，最終確定橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力的提高幅度，判斷是否滿足規(guī)定交通荷載等級的需要。

五、結(jié)束語

通過對棧橋框架結(jié)構(gòu)梁的破壞原因的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項工作的開展有賴于對多項技術(shù)優(yōu)勢的掌控，有關(guān)人員應(yīng)該從棧橋框架結(jié)構(gòu)梁的客觀實際出發(fā)，在充分比對現(xiàn)實優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，研究制定最為切合實際的相應(yīng)對實施方案。

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