混凝土橋梁裂縫分析與處治對策
2017-06-05
1.混凝土橋梁裂縫分析
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展引起。引起裂縫的原因錯綜復(fù)雜,根據(jù)裂縫位置、形狀等表現(xiàn)形式可將其分為兩大類:一是由外荷載引起的結(jié)構(gòu)性受力裂縫,與外荷載的作用大小、位置有關(guān),常預(yù)示著結(jié)構(gòu)承載力的相對不足;二是環(huán)境因素引起的裂縫,這類裂縫又可分為直接環(huán)境因素引起的裂縫和間接環(huán)境因素引起的裂縫。
1.1外荷載引起的受力裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下,承受拉(軸)力和彎矩的構(gòu)件在橫截面上有一維的拉應(yīng)力,承受剪應(yīng)力和扭矩的構(gòu)件,或二維和三維結(jié)構(gòu)有主拉應(yīng)力,這些構(gòu)件都將出現(xiàn)垂直于主拉應(yīng)力方向的裂縫。對于常見的混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)來說,常見的受力裂縫有受彎裂縫、受剪裂縫兩大類,不同裂縫的出現(xiàn)位置、形狀、成因各不相同。
1.1.1受彎裂縫
混凝土簡支梁受彎裂縫主要是由于主梁抗彎承載力相對不足引起:一是結(jié)構(gòu)先天性設(shè)計承載力不足,不能滿足橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求;二是滿足橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的主梁結(jié)構(gòu)承載力相對于日益增大的使用荷載顯得不足,如橋梁上有超限車輛通行時。受彎裂縫一般出現(xiàn)于梁跨中部位,沿截面豎直向上發(fā)展,一般情況下,裂縫寬度不大,間距較密,分布均勻,不影響橋梁正常使用。若裂縫寬度過大,則預(yù)示主梁抗彎能力不足,此種情況常伴隨主梁撓度過大,且發(fā)生顯而易見的塑性變形,反應(yīng)在橋面上可能有下沉現(xiàn)象。
1.1.2受剪裂縫
混凝土簡支梁根據(jù)跨高比或剪跨比的不同,有三種受剪破壞形態(tài):剪壓破壞、斜壓破壞和斜拉破壞。其中,斜壓破壞和斜拉破壞均屬脆性破壞,不允許發(fā)生,一般在設(shè)計中采取措施防止二者發(fā)生,換言之,若橋梁在正常設(shè)計使用荷載下發(fā)生了斜壓或斜拉破壞,則主梁的設(shè)計一定是不合格的。剪壓破壞中,彎剪鋼筋和箍筋首先屈服,斜裂縫發(fā)展而呈使結(jié)構(gòu)呈塑性破壞,有明顯征兆,是結(jié)構(gòu)所能接受的破壞形式。當(dāng)主梁截面尺寸過小,腹筋配置過多時,混凝土首先被壓碎而發(fā)生斜壓破壞,梁上出現(xiàn)多條平行斜裂縫。實際中,有時因超限車輛荷載遠遠大于設(shè)計使用荷載,而造成主梁截面尺寸相對較小,使得該種破壞也時有發(fā)生。
當(dāng)梁內(nèi)配置腹筋過少時,將發(fā)生斜拉破壞。此種情況下,斜裂縫一旦出現(xiàn),很快形成臨界斜裂縫,并迅速伸展到受壓邊緣,將梁拉斷破壞。剪壓破壞發(fā)生時,首先出現(xiàn)少量垂直裂縫和細微斜裂縫,隨著荷載的增加,出現(xiàn)臨界裂縫,荷載繼續(xù)增加,引起與斜裂縫相交的腹筋屈服。
1.2環(huán)境因素引起的裂縫
1.2.1直接環(huán)境因素裂縫
直接環(huán)境因素裂縫主要有兩類:溫度裂縫和收縮裂縫。
混凝土結(jié)構(gòu)在溫度變化時發(fā)生熱脹冷縮變形,變形受到約束時即產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力達到混凝土極限抗拉強度就會引起混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。此類裂縫發(fā)生在梁板上通常平行于短邊,發(fā)生在如橋面鋪裝等大面積結(jié)構(gòu)上時多表現(xiàn)為縱橫交錯,當(dāng)橋梁伸縮縫受到堵塞而不能自由伸縮變形時,會使橋面產(chǎn)生大面積開裂。
收縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫,多發(fā)生在混凝土表面,裂縫淺而細,寬度多在0.05~0.2mm之間。
溫度裂縫和收縮裂縫一般在設(shè)計中或施工中通過構(gòu)造措施或材料配比進行控制,使用中一般不會對結(jié)構(gòu)承載力造成影響,但會間接的影響結(jié)構(gòu)的耐久性。
1.2.2間接環(huán)境因素裂縫
此類裂縫主要有鋼筋銹蝕裂縫和堿骨料反應(yīng)裂縫。當(dāng)有水分浸入混凝土內(nèi)部時就會破壞鋼筋鈍化膜進而引起鋼筋銹蝕,鋼筋因銹蝕膨脹引起表面混凝土開裂,鋼筋銹蝕裂縫一般沿順筋方向。當(dāng)混凝土保護層較薄時,就會引起混凝土大片脫落堿骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿與骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng),生成堿-硅酸鹽凝膠,吸水后體積膨脹,引起混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)竣工數(shù)年之后(5~10年),其自損危害較大,一旦發(fā)生則很難控制,對混凝土耐久性破壞相當(dāng)嚴(yán)重,有時稱為混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。骨料膨脹裂縫一般發(fā)生在淺層,呈網(wǎng)狀或放射狀,裂縫交匯點為骨料膨脹點。
堿骨料反應(yīng)的一個重要特點是混凝土的局部膨脹,裂縫兩邊緣出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。另外,對于同一結(jié)構(gòu)而言,潮濕部位出現(xiàn)裂縫,而干燥部位則安然無恙。
2.混凝土橋梁裂縫處治
根據(jù)以上對混凝土橋梁的裂縫分析,就可在實際中分辨出裂縫的具體類型,然后根據(jù)裂縫情況,對癥下藥,采取相應(yīng)處治對策。
2.1規(guī)范規(guī)定裂縫限值
交通部04版規(guī)范及建設(shè)部城市橋梁養(yǎng)護規(guī)范均對鋼筋混凝土構(gòu)件的最大寬度裂縫進行了限值規(guī)定:
I類(一般環(huán)境)和II類(嚴(yán)寒、濱海環(huán)境)環(huán)境0.20mm
III類(海水環(huán)境)和IV類(侵蝕環(huán)境)環(huán)境0.15mm
2.2裂縫處治對策
在采取裂縫處治前,需對裂縫的寬度、深度進行測量,裂縫寬度的測量較簡單,采用一般的刻度放大鏡或?qū)挾葴y量工具即可,裂縫深度的測量對于淺層裂縫可在其中注入酚酞溶液測量,對于較深裂縫則需用超聲波探測儀測量。
2.2.1對裂縫進行跟蹤觀測、記錄
若裂縫發(fā)展嚴(yán)重,應(yīng)進行評價,并制定維修加固方案;若裂縫較穩(wěn)定且在限值以內(nèi),宜采用涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進行封閉;若裂縫穩(wěn)定但寬度為0.2mm~1mm,宜采用環(huán)氧樹脂漿液低壓灌漿封閉裂縫;若裂縫穩(wěn)定但寬度大于1mm時,宜用低壓環(huán)氧樹脂漿液或高強微膨超細水泥漿液灌注,必要時進行加固。
2.2.2環(huán)境因素引起的裂縫
對于溫度裂縫和收縮裂縫,可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進行封閉,以避免水分侵入,提高橋梁耐久性。(下轉(zhuǎn)第157頁)(上接第200頁)對于鋼筋銹蝕裂縫,可鑿除裂縫周圍松散混凝土,露出新茬后打磨銹蝕鋼筋,界面涂黏合劑后用環(huán)氧砂漿修補。
對于堿骨料反應(yīng)裂縫,若裂縫發(fā)展較多已形成剪錐體時,應(yīng)將錐體敲掉后打磨銹蝕鋼筋,涂刷界面黏合劑后用同標(biāo)號混凝土修補;若裂縫較輕,可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液封閉裂縫,以隔絕水分或潮氣減緩病害發(fā)展。若病害很嚴(yán)重,維修加固不經(jīng)濟時,可更換結(jié)構(gòu)或拆除重建。
3.結(jié)論
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的及時、有效處治是進行橋梁養(yǎng)護的重要內(nèi)容,是提高橋梁耐久性、延長使用壽命的重要手段。對裂縫性狀的合理分析是采取正確處治措施的前提和基礎(chǔ),希望本文能夠拋磚引玉,引起大家對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的關(guān)注,提高對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認識和理解,為橋梁的合理有效養(yǎng)護提供借鑒。
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