楊傳國
摘 要:近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,交通量越來越多,車輛荷載越來越重,造成橋梁劣化現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,我國是橋梁大國,已建成各類橋梁近80萬座,其中中小跨徑的混凝土橋梁占有很大的比重,如何評價中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況,預(yù)估其剩余使用壽命,同時將有限的養(yǎng)護(hù)資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益值得我們思考。
關(guān)鍵詞:中小跨徑橋梁;缺損狀況;無損指標(biāo);耐久性狀況評價
中圖分類號:U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
1 問題研究背景及意義
橋梁不可能永久完好,不管使用何種結(jié)構(gòu)形式,采用什么樣的材料,橋梁都會出現(xiàn)老化,有很多因素都會使其老化,如橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁的施工質(zhì)量、大氣環(huán)境、交通荷載作用等等。我國已建有各類橋梁近80萬座,中小跨徑橋梁占很大比重,荷載試驗是評價橋梁承載能力最直接的方法,但是荷載試驗需要花費大量的人力、財力且需要中斷交通,無法大量普及,因此亟需一種中小跨徑橋梁耐久性狀況評估方法,預(yù)估其剩余壽命,筆者長期從事橋梁檢測和承載能力評定工作,結(jié)合多年檢測檢驗,探尋一種簡單的中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評定方法。
2 中小跨徑橋梁耐久性狀況評估
中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)類型簡單,受力體系明確,其耐久性狀況評估可根據(jù)橋梁的建造年代、運(yùn)營環(huán)境、缺損狀況及無損指標(biāo)綜合評定,通過對各項指標(biāo)評定其標(biāo)度并根據(jù)標(biāo)度對應(yīng)其權(quán)重,采用多指標(biāo)分級加權(quán)評定的方法評價耐久性。
2.1 橋梁建造年代
隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展,交通量越來越多,交通荷載越來越重,橋梁設(shè)計規(guī)范經(jīng)過幾次修改,從《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ 023—85)規(guī)定的設(shè)計荷載汽-10、汽-15、汽-20,驗算荷載:履帶-50、掛-80、掛-100,到《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTJ 021—89)增加汽-超20,再到最新的《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)規(guī)定設(shè)計荷載:公路-I級、公路-II級,隨著規(guī)范設(shè)計荷載的變遷,不同時期建造的橋梁其設(shè)計承載能力不同,因此對橋梁耐久性狀況評價時應(yīng)考慮其建造年代,參考表1對其建造年代進(jìn)行評價。
2.2 運(yùn)營環(huán)境
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50476—2008)要求,混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境按其對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機(jī)理分為5類,見表2。
根據(jù)表2,參考表3查取相應(yīng)的運(yùn)營環(huán)境耐久性狀況指數(shù)權(quán)重。
2.3 缺損狀況
橋梁的缺損狀況主要參考裂縫及混凝土破損狀況,裂縫是鋼筋混凝土橋梁最常見的劣化現(xiàn)象,也是導(dǎo)致鋼筋內(nèi)部銹蝕的主要原因,裂縫類型分為結(jié)構(gòu)裂縫(受力裂縫)和非結(jié)構(gòu)裂縫(非受力裂縫)兩種,結(jié)構(gòu)裂縫由靜荷載及活荷載所造成,所有裂縫都是受拉產(chǎn)生的,但是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力體系,一般將裂縫分為受彎裂縫和剪切裂縫,對于裂縫寬度的限值,各國為了滿足耐久性的要求作了不同的規(guī)定,參考我國《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 99—2003)和《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 233—2015)對裂縫寬度限值的規(guī)定,對裂縫進(jìn)行評價。
缺損狀況耐久性狀況評價指數(shù)γ權(quán)重取值表見表4。
2.4 無損指標(biāo)
2.4.1 碳化
混凝土中的水泥水化物呈強(qiáng)堿性,隨著環(huán)境的侵蝕,空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng),致使混凝土逐漸失去堿性成份,變成中性,這叫做碳化。因此,對于長期處于潮濕環(huán)境的橋梁結(jié)構(gòu)來說,通過檢測其混凝土的碳化深度,并結(jié)合鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度狀況,可以評判混凝土碳化程度。
2.4.2 強(qiáng)度
根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)規(guī)定,采用回彈法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度檢測。根據(jù)實測強(qiáng)度推定值或測區(qū)平均強(qiáng)度值計算其推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbt或平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbm,并按表5的規(guī)定確定混凝土的強(qiáng)度評定標(biāo)度。
2.4.3 鋼筋銹蝕電位
當(dāng)混凝土處于一個高堿性環(huán)境,混凝土中液體pH值為13左右時,由于氯化物或碳化,鋼筋發(fā)生銹蝕。銹蝕過程中,在表面形成陽極區(qū)和陰極區(qū),導(dǎo)致離解,因此,電勢越高,通常腐蝕率也就越大。
對于鋼筋銹蝕電位檢測采用《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)判別,見表6。
無損指標(biāo)根據(jù)其碳化、強(qiáng)度和鋼筋銹蝕電位評價標(biāo)度綜合進(jìn)行評定,如某一項指標(biāo)達(dá)到3類或3類以上,按最差狀況進(jìn)行評定,其耐久性狀況指數(shù)參考表7。
通過構(gòu)建一個耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ的函數(shù),其主要與4個指標(biāo)有關(guān),建造年代、運(yùn)營環(huán)境、缺損狀況及無損指標(biāo),見下式:
ζ=f(α、β、γ、δ) (1)
3 某工程實例
某市濱湖區(qū)三跨簡支混凝土橋梁,橋長57.0m,跨徑組合為10m+30m+10m,兩邊跨上部結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),中跨為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,下部結(jié)構(gòu)橋墩采用樁柱式結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,橋臺采用重力式結(jié)構(gòu),臺身采用漿砌塊石材料,該橋建于20世紀(jì)90年代中期,目前,交通狀況繁忙,有公交車通行,橋頭兩端設(shè)有10t限載標(biāo)志牌,該橋主要病害有:兩邊跨橋梁跨中L/4~3L/4區(qū)域出現(xiàn)大量橫向裂縫,裂縫最大寬度0.42mm;兩邊跨橋面鋪裝存在3條縱向裂縫,裂縫對應(yīng)鉸縫位置且鉸縫通常滲水。
根據(jù)上述內(nèi)容,該橋其建造年代耐久性狀況評價指數(shù)α取0.90、運(yùn)營環(huán)境耐久性狀況評價指數(shù)β取0.96、缺損狀況耐久性狀況評價指數(shù)γ取0.88、無損指標(biāo)耐久性狀況評價指數(shù)δ取0.98,再根據(jù)公式(1),其耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ為0.75,根據(jù)筆者經(jīng)驗,耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ在0.95~1.0為好,在0.85~0.95為較好,在0.70~0.85為合格,在0.60~0.70為較差,在0.60以下為差。
4 總結(jié)與展望
通過對橋梁耐久性狀況進(jìn)行評估,掌握橋梁退化性能和程度,預(yù)估橋梁剩余使用壽命、保證橋梁的安全運(yùn)營,有利于養(yǎng)護(hù)部門合理安排養(yǎng)護(hù)資金,隨著人工智能的發(fā)展,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在橋梁耐久性狀況評價部分應(yīng)用,這是耐久性狀況評估方法的發(fā)展趨勢。
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