橋梁結構缺損及裂縫修復
2011-10-11 來源：中國鳴網(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定及裂縫修復提供依據(jù)?；炷灵_裂的原因很多，但歸納起來基本上是以下四個原因：設計考慮不周、材料使用不當、施工質量達不到要求、養(yǎng)護不力及外界環(huán)境的不良影響。
二、橋梁裂縫
大量的工程實踐和理論分析表明，鋼筋混凝土構件基本上都是帶裂縫工作的。在橋梁結構中，當受拉區(qū)的應力超過混凝土或砂漿的實際抗拉強度時，必然會出現(xiàn)裂縫。在《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》中，將常用結構的裂縫寬度限制在0.20—0.25mm的范圍以內。當裂縫寬度在限制值以內時，大氣中的濕氣、水分一般是難于大量滲透到鋼筋上，因而鋼筋不會遭到嚴重銹蝕結構的耐久性也不會因此而受到明顯影響。當裂縫超過限定值時應進行修補，以保證結構的耐久性。
在預應力混凝土梁中，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，因而銹蝕對鋼絲的影響比鋼筋厲害得多。因此在預應力混凝土梁中，對裂縫控制的更加嚴格。對于潮濕的空氣中含有較多腐蝕性氣體時，縫寬的限制亦應要求嚴格一些。
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，中間支點附近會出現(xiàn)自上而下的有負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)橋梁荷載試驗的實際觀察，在較大的加載下，原來延伸較長的裂縫，長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。一般認為，只要這類裂縫在梁（板）側面的延伸長度達不到計算截面的中性軸，而其最大寬度又在0.2mm范圍內，當屬正常裂縫。對于圖中的正彎矩裂縫，一般可不進行處理；但對負彎矩裂縫，因易受雨水的影響，即使裂縫小于0.2mm，亦應采取防水措施，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)生在梁支點附近的腹板上，主要是由主拉應力過大而產(chǎn)生的。裂縫一般從端橫隔板內側開始，沿45°—60°的斜裂縫向上攀升。裂縫的寬度是兩頭小而中間大，在到達梁的上下緣之前就消失了。因為梁的上下緣一般都有較多的縱向主筋（或縱向鋼束），它有抑制斜裂縫的作用，因而斜裂縫在到達這些主筋或鋼束之前，一般都會消失。
上述裂縫產(chǎn)生的原因是：在車輛荷載作用下，在靠近支點的腹板上，剪力大而彎矩小，由于產(chǎn)生的主拉應力超過了混凝土的抗拉強度，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，對于預應力鋼筋混凝土梁，則往往是斜向鋼束起彎過早，梁端缺少斜向鋼束所致。在前一個時期，有一些預應力梁（主要是連續(xù)梁），梁端出現(xiàn)了比較嚴重的斜裂縫，給修復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）
由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，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，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2—4倍，導致保護層混凝土開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，其最大延伸長度可達到梁跨度之半，裂縫寬度可達4mm，危害極大。
（4）梁式橋的其他裂縫
①梁腹板側面上的網(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，裂縫的寬度和長度變化很小。
②梁腹板側面上的豎向裂縫（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。跨度愈大，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應力集中引起的裂縫
在斷面突變處，由于應力集中容易產(chǎn)生裂縫，如挖空橫隔板的角隅處、牛腿的角點、預應力鋼束的錨頭附近。這些裂縫，通過消除斷面突變、采取合理的構造措施，都是可以避免的。
三、裂縫的修補
修補裂縫的目的在于使結構恢復因開裂而降低的功能，保證結構的耐久性。對于一般較細較短的裂縫，對梁的強度影響不大。當裂縫較多且寬度較大時，梁的剛度要相應降低，同時鋼筋受有害介質的侵蝕，結構物的壽命也要縮短。《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》4.3.10提出，鋼筋混凝土及預應力混凝土構件，應視裂縫的寬度大小，分別采取下列方法處理：
（1）裂縫寬度在允許范圍內，應進行封閉處理，一般涂刷水玻璃或環(huán)氧樹脂。
（2）當裂縫寬度大于規(guī)范最大值時，應采取壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠。
（3）如裂縫發(fā)展嚴重時，應查明原因，采取合理的加固措施。
四、結論
補修后橋梁的耐久性得到了保證，經(jīng)檢測，橋梁的各個指標和修補加固前相比都有很好的改善，可見此加固法起到了預定的效果?，F(xiàn)在有不少的橋梁都出現(xiàn)了這樣或那樣的病害，嚴重影響了交通和經(jīng)濟的發(fā)展，重新建新橋造價會很高，并且嚴重影響交通。過大的裂縫對橋梁的正常使用有很大的影響，裂縫補修可以很好的解決此問題，有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
