淺談道路橋梁結(jié)構(gòu)病害與加固

李恒贏

摘要：加強道路橋梁的加固水平，降低質(zhì)量問題和結(jié)構(gòu)病害是當今橋梁建設中迫切要解決的問題。本文對橋梁病害的成因、病害數(shù)據(jù)、破壞機理進行分析，并有針對性的提出了防治措施。

關(guān)鍵詞：道路橋梁;結(jié)構(gòu)病害;防治措施

1. 道路橋梁結(jié)構(gòu)病害分析

1.1梁底板裂縫病害特征及規(guī)律

統(tǒng)計分析大量己有文獻和工程實踐的資料，空心板梁橋底板縱橫向開裂的原因歸納起來主要有三個方面：設計、施工、運營。

1.設計原因空心板底板厚度普遍較小，且為了節(jié)約工期，降低工程造價，預應力空心板多設計為寬幅狀，所以空心板的頂?shù)赘拱搴穸韧?，局部承載能力相對較弱，為縱橫向裂縫的出現(xiàn)埋下隱患。此外，空心板梁橋的預應力體系通常設計為扁錨結(jié)構(gòu)，管道摩阻系數(shù)往往較大，錨固位置的局部應力也較大，所以施加預應力時，底板混凝土位置開裂。

2.施工原因設置的預應力鋼筋本應呈現(xiàn)直線狀態(tài)，但因為施工不規(guī)范的原因，大多呈現(xiàn)曲線的波浪狀態(tài)。張拉預應力后，力筋又向直線形式轉(zhuǎn)變，所以波動的鋼絞線部分會使得附近混凝土承受推壓，故發(fā)生橫向變形，在混凝土發(fā)生橫向變形的部位處的力筋位置的底板隨之沿著縱向開裂。

3.運營原因據(jù)大量的交通量統(tǒng)計，大多數(shù)小車往往習慣走超車道和臨近超車道位置，而超過2/3的重載車輛往往習慣走道路右側(cè)。受到重載車或超限車長期間作用時，極易引起底板的縱橫向開裂。

1.2梁橋底板裂縫病害機理分析

空心板梁底板縱向裂縫的產(chǎn)生原因主要包括設計、施工及運營三個方面：

1.設計方面

早期空心板梁設計由于經(jīng)濟因素制約，其底板厚度較?。ㄒ话銥?0～12cm左右，部分梁體優(yōu)化設計后底板厚度更?。”诮Y(jié)構(gòu)在縱向受力時其截面將發(fā)生畸變變形，同時在底板上下緣產(chǎn)生畸變彎曲應力，當畸變拉應力超過混凝土的抗拉強度，勢必導致底板產(chǎn)生縱向開裂。若底板橫向構(gòu)造配筋較少，則鋼筋無法限制縱向裂縫的擴展（底板橫橋向為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），這也是底板縱向裂縫寬度一般較大的原因之一。

2.施工方面

施工工藝引起空心板梁底板產(chǎn)生縱向裂縫的因素較多，其中預應力因素較為關(guān)鍵。正常狀態(tài)下施加預應力，預應力將對截面產(chǎn)生軸向壓力和彎矩，由于混凝土材料的泊松效應，在軸向壓力作用下底板將產(chǎn)生橫向拉應力，此應力與截面的畸變應力組合后往往大于混凝土的抗拉強度，這就是產(chǎn)生縱向裂縫較為普遍的原因之一。若后張法預應力管道定位不牢固，預應力鋼束在澆筑混凝土后出現(xiàn)起伏狀，則張拉鋼束時預應力的徑向力將導致底板出現(xiàn)局部開裂。曾對部分出現(xiàn)縱向裂縫的空心板梁進行了驗證，發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)裂縫與定位鋼筋間距太大或定位不牢固有直接關(guān)系。

3.運營方面

大量的日常檢查結(jié)果表明，采用四個板式橡膠支座的空心板梁極易出現(xiàn)支座局部脫空、整體脫空甚至支座缺失的情況。若空心板梁支座出現(xiàn)病害，則梁體受力偏移設計意圖，空心板梁約束扭轉(zhuǎn)內(nèi)力加大，在約束扭轉(zhuǎn)的作用下截面同樣產(chǎn)生畸變彎曲應力，也是引起空心板梁底板縱向裂縫的原因之一?？招陌辶旱装蹇v向裂縫應由空心板內(nèi)外溫差所引起，并指出底板對內(nèi)外溫差較為敏感，而頂板不敏感，并建議在空心板梁底板開通風口。筆者認為空心板梁內(nèi)外溫差對底板受力影響較小，一方面是空心板梁壁厚較小，熱傳導很快就能完成;另一方面中板受外界環(huán)境溫度影響較小，但中板出現(xiàn)底板縱向裂縫亦是普遍現(xiàn)象。

2.道路橋梁病害的防治策略

2.1設計防治措施

對于隱藏在設計階段的病害，設計時應具體分析橋梁所處環(huán)境、地形、荷載情況、施工季節(jié)等，選擇與之相適應的橋梁結(jié)構(gòu)形式、材料及施工方法等，確保橋梁后期運營階段的安全性與耐久性。

橋梁結(jié)構(gòu)設計初期應具體分析橋梁所處位置的地質(zhì)與環(huán)境，根據(jù)不同的地質(zhì)選擇相應結(jié)構(gòu)類型，根據(jù)不同的環(huán)境選擇及與之相適應的材料。設計時應根據(jù)環(huán)境選擇能夠較好的適應變形的結(jié)構(gòu)類型;由于環(huán)境溫度溫差大，結(jié)構(gòu)經(jīng)常遭受熱脹冷縮現(xiàn)象，應選擇抗凍性能好的混凝土材料;沿海地區(qū)，由于海水中存在大量的氯離子，橋梁結(jié)構(gòu)與海水接觸導致氯離子對結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象嚴重，結(jié)構(gòu)設計時，混凝土材料應選擇抗氯離子腐蝕性能強的材料。對于后期運營階段的常見病害，如裂縫、跨中下?lián)线^大，在設計階段應采取相應措施避免或延緩該類病害的發(fā)生與發(fā)展。表層裂縫一般是由于混凝土材料的劣化導致，此類病害設計時應注重材料的選擇，在設計初期應選擇與環(huán)境相適應的混凝土材料;對于影響結(jié)構(gòu)的安全性的結(jié)構(gòu)性裂縫，通過分析其原因得知，設計時應保證截面有足夠的強度;必須配置彎起鋼束，充分考慮預應力的損失，同時也應配置相應的豎向預應力束，通過二次張拉的方法對預應力進行補張拉，確保有效的預應力;適當增加腹板底部厚度和普通鋼筋含量，對箍筋進行適當加密;加大梁高范圍縱向水平鋼筋直徑，并對其間距進行適當加密，可以有效防止水平裂縫和斜裂縫的產(chǎn)生。

2.2施工防治措施

施工階段保證混凝土的澆筑質(zhì)量以及對混凝土進行有效的養(yǎng)護是防治混凝土表層缺陷的主要措施。尤其是在夏天施工時，對于混凝土的澆筑應減少每次的澆筑厚度，充分利用澆筑層面使混凝土內(nèi)部熱量散失;對于橋墩部分等大體積混凝土澆筑，可以通過選擇最合適的施工季節(jié);埋設水管，注水降溫等;對于在夏季施工的工程，避免或者減少混凝土接觸使其溫度升高的因素，應采取有效措施降低混凝土入模溫度等若遇到環(huán)境溫度急劇下降的天氣，應采取有效措施對己澆筑的混凝土進行表面保溫，避免表面產(chǎn)生溫度梯度，致使裂縫的產(chǎn)生;當混凝土溫度高于環(huán)境溫度時，必須控制好拆模時間，且在拆模后應及時對混凝土表面采取保溫措施，避免表面溫差作用導致溫度應力，致使裂縫的產(chǎn)生。

2.3病害整治措施

（1）梁底開裂的預防措施

從設計的角度分析，空心板梁底板偏薄容易導致梁底橫向裂縫，針對這種因結(jié)構(gòu)構(gòu)造原因?qū)е碌牟『?，站在設計角度來分析最好的辦法就是適當提高底板厚度。

從施工的角度分析，空心板梁的混凝土質(zhì)量對其強度至關(guān)重要，由于空心板梁高度偏低、底板較薄且內(nèi)部鋼筋復雜，如果施工過程工藝控制不嚴或材料施工配合比不科學等原因，很容易導致空心板梁底板混凝土質(zhì)量存在隱患，最終導致底板強度低于設計值而容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

（2）梁鉸縫破損的預防措施

從設計的角度主要考慮對鉸縫構(gòu)造進行優(yōu)化、加強連接鋼筋、改進鉸縫材料等，目的是加強鉸縫與梁板橫向連接作用、加強橋面板與梁板的連接作用。從施工的角度分析主要考慮嚴格控制施工工藝、流程。從后期運營的角度分析主要考慮限載超載車輛通行、加強日常養(yǎng)護。

結(jié)論

本論文首先介紹了研究背景以及國內(nèi)外針對道路橋梁底板、鉸縫破壞的研究現(xiàn)狀，提出了本文的具體研究內(nèi)容;分析了管養(yǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)病害率最高的橋梁類型是空心板梁橋，在空心板梁橋的病害中梁體裂縫是發(fā)生數(shù)量最多的病害。分析梁體不同構(gòu)件上的主要裂縫病害后，選擇鉸縫、底板裂縫作為空心板梁橋的代表裂縫進行研究。根據(jù)管養(yǎng)數(shù)據(jù)分析這兩種裂縫病害的特征，著重對鉸縫和底板裂縫病害的特征及規(guī)律進行來分析;最后，針對空心板梁橋裂縫的特征，提出了相應的應對策略，從設計到施工、到防治等不同階段對空心板梁橋裂縫進行了應對措施介紹。

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