桥梁结构缺损及裂缝修复
2011-10-11 来源：中国鸣网
一、混凝土桥梁的缺损
裂缝是钢筋混凝土梁中最常见的缺损，分析裂缝的成因，可为裂缝的危害性评定及裂缝修复提供依据。混凝土开裂的原因很多，但归纳起来基本上是以下四个原因：设计考虑不周、材料使用不当、施工质量达不到要求、养护不力及外界环境的不良影响。
二、桥梁裂缝
大量的工程实践和理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的。在桥梁结构中，当受拉区的应力超过混凝土或砂浆的实际抗拉强度时，必然会出现裂缝。在《公路养护技术规范》中，将常用结构的裂缝宽度限制在0.20—0.25mm的范围以内。当裂缝宽度在限制值以内时，大气中的湿气、水分一般是难于大量渗透到钢筋上，因而钢筋不会遭到严重锈蚀结构的耐久性也不会因此而受到明显影响。当裂缝超过限定值时应进行修补，以保证结构的耐久性。
在预应力混凝土梁中，裂缝的危害性更大，湿气、水分渗透到钢丝上，引起钢丝锈蚀。由于钢丝的直径比钢筋小得多，因而锈蚀对钢丝的影响比钢筋厉害得多。因此在预应力混凝土梁中，对裂缝控制的更加严格。对于潮湿的空气中含有较多腐蚀性气体时，缝宽的限制亦应要求严格一些。
梁式桥中可能出现的裂缝很多，下面主要通过钢筋混凝土简支梁（板）桥，介绍梁式桥常见的裂缝。
（1）梁（板）受拉区的竖向裂缝
简支梁（板）的竖向裂缝，是由正弯矩引起的，一般在梁（板）的跨中附近，从梁（板）的受拉区边缘大致与主筋垂直的方向向上延伸（图1a）。裂缝宽度一般在0.03—0.2mm之间，裂缝之间的最小间距为0.05—0.2mm。
对于连续梁，除了跨中附近有自下而上的竖向裂缝外，中间支点附近会出现自上而下的有负弯矩引起的竖向裂缝（图1b）。
上述裂缝主要是梁（板）受荷载作用产生的弯曲裂缝。上根据桥梁荷载试验的实际观察，在较大的加载下，原来延伸较长的裂缝，长度和宽度都有较缓慢的增加。卸载之后，这些裂缝的宽度基本上可以恢复到原来的状态。
图1中的裂缝，是钢筋混凝土梁式桥中不可避免的。一般认为，只要这类裂缝在梁（板）侧面的延伸长度达不到计算截面的中性轴，而其最大宽度又在0.2mm范围内，当属正常裂缝。对于图中的正弯矩裂缝，一般可不进行处理；但对负弯矩裂缝，因易受雨水的影响，即使裂缝小于0.2mm，亦应采取防水措施，避免因雨水浸蚀而加速钢筋锈蚀。
（2）斜裂缝
梁式桥中的斜裂缝有两种：一种是由主拉应力引起的梁腹板上的斜裂缝（图2a）；另一种是由于斜截面抗弯能力较弱所引起的斜裂缝（图2b）。
第一种斜裂缝多发生在梁支点附近的腹板上，主要是由主拉应力过大而产生的。裂缝一般从端横隔板内侧开始，沿45°—60°的斜裂缝向上攀升。裂缝的宽度是两头小而中间大，在到达梁的上下缘之前就消失了。因为梁的上下缘一般都有较多的纵向主筋（或纵向钢束），它有抑制斜裂缝的作用，因而斜裂缝在到达这些主筋或钢束之前，一般都会消失。
上述裂缝产生的原因是：在车辆荷载作用下，在靠近支点的腹板上，剪力大而弯矩小，由于产生的主拉应力超过了混凝土的抗拉强度，则在梁的腹板中出现斜裂缝。
造成斜裂缝宽度较大的主要原因是斜筋（或箍筋）不足，对于预应力钢筋混凝土梁，则往往是斜向钢束起弯过早，梁端缺少斜向钢束所致。在前一个时期，有一些预应力梁（主要是连续梁），梁端出现了比较严重的斜裂缝，给修复加固造成了较大的困难，今后必须给予重视。
第二种斜裂缝，又称弯剪斜裂缝，是由于斜截面抗弯能力较弱所引起的（图2b）。它与主拉应力产生的斜裂缝有明显的不同，弯剪斜裂缝与由梁中正弯矩产生的竖向裂缝相似，裂缝是由梁底向腹板延伸，裂缝的宽度是下面大、上面小，而不象主拉应力所产生的斜裂缝是中间大、两头小。
（3）筋锈蚀引起的顺筋裂缝（见图3）
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到岩土中的氧气和水分发生腐蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长2—4倍，导致保护层混凝土开裂，沿钢筋纵向产生裂缝，其最大延伸长度可达到梁跨度之半，裂缝宽度可达4mm，危害极大。
（4）梁式桥的其他裂缝
①梁腹板侧面上的网状裂缝
这类裂缝宽度一般很小，在梁腹板表面上分布，常常象一片断网，没有一定规律，它是由梁体混凝土内外收缩不均匀而引起的，是非荷载作用下产生的裂缝。在车辆荷载作用下，裂缝的宽度和长度变化很小。
②梁腹板侧面上的竖向裂缝（见图4）
裂缝多发生在腹板较薄的地方，一般在跨中部分裂缝宽度较大，向梁端逐渐变窄。跨度愈大，裂缝宽度愈大，最大宽度为0.15—0.3mm。在荷载作用下，裂缝向上下梁端延伸，但一般只能延伸到上下翼缘处。产生这种裂缝的原因一般是梁的跨径较大、梁肋较薄、分布钢筋较稀，在温度和收缩影响下产生这种裂缝。
③应力集中引起的裂缝
在断面突变处，由于应力集中容易产生裂缝，如挖空横隔板的角隅处、牛腿的角点、预应力钢束的锚头附近。这些裂缝，通过消除断面突变、采取合理的构造措施，都是可以避免的。
三、裂缝的修补
修补裂缝的目的在于使结构恢复因开裂而降低的功能，保证结构的耐久性。对于一般较细较短的裂缝，对梁的强度影响不大。当裂缝较多且宽度较大时，梁的刚度要相应降低，同时钢筋受有害介质的侵蚀，结构物的寿命也要缩短。《公路养护技术规范》4.3.10提出，钢筋混凝土及预应力混凝土构件，应视裂缝的宽度大小，分别采取下列方法处理：
（1）裂缝宽度在允许范围内，应进行封闭处理，一般涂刷水玻璃或环氧树脂。
（2）当裂缝宽度大于规范最大值时，应采取压力灌浆法灌注环氧树脂胶。
（3）如裂缝发展严重时，应查明原因，采取合理的加固措施。
四、结论
补修后桥梁的耐久性得到了保证，经检测，桥梁的各个指标和修补加固前相比都有很好的改善，可见此加固法起到了预定的效果。现在有不少的桥梁都出现了这样或那样的病害，严重影响了交通和经济的发展，重新建新桥造价会很高，并且严重影响交通。过大的裂缝对桥梁的正常使用有很大的影响，裂缝补修可以很好的解决此问题，有较好的社会效益和经济效益。
