橋梁結(jié)構(gòu)缺損及裂縫修復(fù)
2011-10-11 來源：中國(guó)鳴網(wǎng)
一、混凝土橋梁的缺損
裂縫是鋼筋混凝土梁中最常見的缺損，分析裂縫的成因，可為裂縫的危害性評(píng)定及裂縫修復(fù)提供依據(jù)?；炷灵_裂的原因很多，但歸納起來基本上是以下四個(gè)原因：設(shè)計(jì)考慮不周、材料使用不當(dāng)、施工質(zhì)量達(dá)不到要求、養(yǎng)護(hù)不力及外界環(huán)境的不良影響。
二、橋梁裂縫
大量的工程實(shí)踐和理論分析表明，鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的。在橋梁結(jié)構(gòu)中，當(dāng)受拉區(qū)的應(yīng)力超過混凝土或砂漿的實(shí)際抗拉強(qiáng)度時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)裂縫。在《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中，將常用結(jié)構(gòu)的裂縫寬度限制在0.20—0.25mm的范圍以內(nèi)。當(dāng)裂縫寬度在限制值以內(nèi)時(shí)，大氣中的濕氣、水分一般是難于大量滲透到鋼筋上，因而鋼筋不會(huì)遭到嚴(yán)重銹蝕結(jié)構(gòu)的耐久性也不會(huì)因此而受到明顯影響。當(dāng)裂縫超過限定值時(shí)應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，以保證結(jié)構(gòu)的耐久性。
在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中，裂縫的危害性更大，濕氣、水分滲透到鋼絲上，引起鋼絲銹蝕。由于鋼絲的直徑比鋼筋小得多，因而銹蝕對(duì)鋼絲的影響比鋼筋厲害得多。因此在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中，對(duì)裂縫控制的更加嚴(yán)格。對(duì)于潮濕的空氣中含有較多腐蝕性氣體時(shí)，縫寬的限制亦應(yīng)要求嚴(yán)格一些。
梁式橋中可能出現(xiàn)的裂縫很多，下面主要通過鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁（板）橋，介紹梁式橋常見的裂縫。
（1）梁（板）受拉區(qū)的豎向裂縫
簡(jiǎn)支梁（板）的豎向裂縫，是由正彎矩引起的，一般在梁（板）的跨中附近，從梁（板）的受拉區(qū)邊緣大致與主筋垂直的方向向上延伸（圖1a）。裂縫寬度一般在0.03—0.2mm之間，裂縫之間的最小間距為0.05—0.2mm。
對(duì)于連續(xù)梁，除了跨中附近有自下而上的豎向裂縫外，中間支點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)自上而下的有負(fù)彎矩引起的豎向裂縫（圖1b）。
上述裂縫主要是梁（板）受荷載作用產(chǎn)生的彎曲裂縫。上根據(jù)橋梁荷載試驗(yàn)的實(shí)際觀察，在較大的加載下，原來延伸較長(zhǎng)的裂縫，長(zhǎng)度和寬度都有較緩慢的增加。卸載之后，這些裂縫的寬度基本上可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)。
圖1中的裂縫，是鋼筋混凝土梁式橋中不可避免的。一般認(rèn)為，只要這類裂縫在梁（板）側(cè)面的延伸長(zhǎng)度達(dá)不到計(jì)算截面的中性軸，而其最大寬度又在0.2mm范圍內(nèi)，當(dāng)屬正常裂縫。對(duì)于圖中的正彎矩裂縫，一般可不進(jìn)行處理；但對(duì)負(fù)彎矩裂縫，因易受雨水的影響，即使裂縫小于0.2mm，亦應(yīng)采取防水措施，避免因雨水浸蝕而加速鋼筋銹蝕。
（2）斜裂縫
梁式橋中的斜裂縫有兩種：一種是由主拉應(yīng)力引起的梁腹板上的斜裂縫（圖2a）；另一種是由于斜截面抗彎能力較弱所引起的斜裂縫（圖2b）。
第一種斜裂縫多發(fā)生在梁支點(diǎn)附近的腹板上，主要是由主拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生的。裂縫一般從端橫隔板內(nèi)側(cè)開始，沿45°—60°的斜裂縫向上攀升。裂縫的寬度是兩頭小而中間大，在到達(dá)梁的上下緣之前就消失了。因?yàn)榱旱纳舷戮壱话愣加休^多的縱向主筋（或縱向鋼束），它有抑制斜裂縫的作用，因而斜裂縫在到達(dá)這些主筋或鋼束之前，一般都會(huì)消失。
上述裂縫產(chǎn)生的原因是：在車輛荷載作用下，在靠近支點(diǎn)的腹板上，剪力大而彎矩小，由于產(chǎn)生的主拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，則在梁的腹板中出現(xiàn)斜裂縫。
造成斜裂縫寬度較大的主要原因是斜筋（或箍筋）不足，對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，則往往是斜向鋼束起彎過早，梁端缺少斜向鋼束所致。在前一個(gè)時(shí)期，有一些預(yù)應(yīng)力梁（主要是連續(xù)梁），梁端出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的斜裂縫，給修復(fù)加固造成了較大的困難，今后必須給予重視。
第二種斜裂縫，又稱彎剪斜裂縫，是由于斜截面抗彎能力較弱所引起的（圖2b）。它與主拉應(yīng)力產(chǎn)生的斜裂縫有明顯的不同，彎剪斜裂縫與由梁中正彎矩產(chǎn)生的豎向裂縫相似，裂縫是由梁底向腹板延伸，裂縫的寬度是下面大、上面小，而不象主拉應(yīng)力所產(chǎn)生的斜裂縫是中間大、兩頭小。
（3）筋銹蝕引起的順筋裂縫（見圖3）
由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到巖土中的氧氣和水分發(fā)生腐蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)2—4倍，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，其最大延伸長(zhǎng)度可達(dá)到梁跨度之半，裂縫寬度可達(dá)4mm，危害極大。
（4）梁式橋的其他裂縫
①梁腹板側(cè)面上的網(wǎng)狀裂縫
這類裂縫寬度一般很小，在梁腹板表面上分布，常常象一片斷網(wǎng)，沒有一定規(guī)律，它是由梁體混凝土內(nèi)外收縮不均勻而引起的，是非荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。在車輛荷載作用下，裂縫的寬度和長(zhǎng)度變化很小。
②梁腹板側(cè)面上的豎向裂縫（見圖4）
裂縫多發(fā)生在腹板較薄的地方，一般在跨中部分裂縫寬度較大，向梁端逐漸變窄?？缍扔?，裂縫寬度愈大，最大寬度為0.15—0.3mm。在荷載作用下，裂縫向上下梁端延伸，但一般只能延伸到上下翼緣處。產(chǎn)生這種裂縫的原因一般是梁的跨徑較大、梁肋較薄、分布鋼筋較稀，在溫度和收縮影響下產(chǎn)生這種裂縫。
③應(yīng)力集中引起的裂縫
在斷面突變處，由于應(yīng)力集中容易產(chǎn)生裂縫，如挖空橫隔板的角隅處、牛腿的角點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力鋼束的錨頭附近。這些裂縫，通過消除斷面突變、采取合理的構(gòu)造措施，都是可以避免的。
三、裂縫的修補(bǔ)
修補(bǔ)裂縫的目的在于使結(jié)構(gòu)恢復(fù)因開裂而降低的功能，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。對(duì)于一般較細(xì)較短的裂縫，對(duì)梁的強(qiáng)度影響不大。當(dāng)裂縫較多且寬度較大時(shí)，梁的剛度要相應(yīng)降低，同時(shí)鋼筋受有害介質(zhì)的侵蝕，結(jié)構(gòu)物的壽命也要縮短。《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》4.3.10提出，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，應(yīng)視裂縫的寬度大小，分別采取下列方法處理：
（1）裂縫寬度在允許范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行封閉處理，一般涂刷水玻璃或環(huán)氧樹脂。
（2）當(dāng)裂縫寬度大于規(guī)范最大值時(shí)，應(yīng)采取壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠。
（3）如裂縫發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)查明原因，采取合理的加固措施。
四、結(jié)論
補(bǔ)修后橋梁的耐久性得到了保證，經(jīng)檢測(cè)，橋梁的各個(gè)指標(biāo)和修補(bǔ)加固前相比都有很好的改善，可見此加固法起到了預(yù)定的效果?，F(xiàn)在有不少的橋梁都出現(xiàn)了這樣或那樣的病害，嚴(yán)重影響了交通和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重新建新橋造價(jià)會(huì)很高，并且嚴(yán)重影響交通。過大的裂縫對(duì)橋梁的正常使用有很大的影響，裂縫補(bǔ)修可以很好的解決此問題，有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
