常见混凝土桥梁的病害分析及设计中注意的问题
2015-07-29
桥梁是我国现代化建设的重要基础设施，由于反复承受着车轮的磨损、冲击，遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏，特别是我国交通量和重型汽车的不断增加，有些建筑材料的性质衰变，以及由于设计和施工留下的一些缺陷，必然造成道路混凝土桥梁使用功能和行车服务质量的日趋退化、不适应。在使用荷载及其它外界各种影响的长期作用下，如果不对结构上所出现的病害予以检测、维修和加固，则结构上的这些初始缺陷加上结构的自然老化使得结构上的损伤不断积累和发展，结构的功能不断退化，由此极有可能导致结构在一定的使用期后将成为危桥而面临损毁、垮塌的危险，这方面的实例已屡见不鲜，给国家和人民的生命财产造成了极大损失。
1.混凝土桥梁病害的主要形式
1.1裂缝
裂缝是钢筋混凝土桥梁中最普遍、最常见的病害之一,不产生裂缝的桥梁几乎没有。而且裂缝往往是多种因素联合作用的结果。裂缝对钢筋混凝土桥梁的危害程度不一,严重的裂缝如贯穿缝、网裂等将会严重危及桥梁的安全运行。另外裂缝往往也会引起其他病害的发生与发展, 如钢筋锈蚀、冻融破坏等, 这些病害与裂缝形成恶性循环, 会对桥梁的耐久性产生很大的危害。
1.2混凝土碳化及钢筋锈蚀
混凝土碳化及钢筋锈蚀现象在钢筋混凝土桥梁中普遍存在。当混凝土炭化和钢筋锈蚀程度日渐严重后, 桥梁必然会产生较多的顺筋裂缝, 这会造成桥梁使用安全性降低和使用寿命缩短。
1.3剥蚀
剥蚀是从混凝土的外观破坏形态着眼, 对混凝土桥梁结构表面混凝土发生蜂窝麻面、露石、酥松起皮和剥落等病害的统称。根据不同的机理可分为冻融剥蚀、冲磨和空蚀、水质侵蚀、风化剥蚀等。
1.4结构构造的破坏
在钢筋混凝土桥梁中, 由于结构的关键部位构造不合理、施工中存在问题或年代久远等而引起的结构构造老化、失稳、变形过大等已在一定程度上影响了桥梁的安全运行。
1.5地基不均匀沉降引起的破坏
由于地基不均匀沉降引起的破坏对结构的影响也比较大,如翼墙和锥坡的下沉、滑动、开裂, 毛石墩台的贯通缝等。
2.混凝土桥梁的病害原因
混凝土桥梁产生病害的原因有很多种，综合起来有以下几个方面造成混凝土桥退化以及失效：
2.1环境
环境因素是造成混凝土桥梁退化最主要的因素，混凝土桥暴露于各种环境中，时间长了，就会导致整体强度的下降，强度损失的程度取决于环境以及混凝土桥梁本身的性质。化学物质（比如氯离子、硫酸盐、二氧化碳）、水分以及极端温度的循环是影响混凝土桥梁强度的最主要的环境因素。
越来越多的混凝土桥梁由于受到环境影响而遭到破坏，根据报道，许多桥梁的倒塌是由于强度退化造成的，而这种退化是由于环境因素造成的。环境因素方面桥梁退化的机理有硫酸盐侵蚀、碱硅反应、冻融循环破坏以及腐蚀等，而腐蚀是最普遍的破坏机理。
2.2设计
设计标准低，随着交通事业的发展，旧有桥梁的荷载标准远远不能满足当前汽车荷载标准的要求。采用不同的桥梁结构，不同的截面形式以及跨径比例等，都会对桥梁的健康状况有较大的影响。设计不完善，比如构造钢筋不够、截面强度储备不够等。在桥梁设计过程中，由于各种系数的取值问题 ，未充分考虑开裂混凝土徐变、收缩及温度应力的影响，设计安全系数不恰当等。
2.3施工
施工不当会造成大量混凝土表层缺陷，比如蜂窝、露筋、麻面、空洞等现象。比如混凝土灌注时，没有充分的振捣，就会发生蜂窝现象；灌注时，若保护层处混凝土漏振或者振捣不实，则会发生露筋；施工时采用模板表面不光滑，模板湿润又不够，致使构件表面混凝土内的水分被吸去，产生麻面；钢筋布置过密，施工时混凝土被卡住，严重漏浆都会产生空洞。
2.4使用
现有公路上的桥梁荷载能力已不能满足当前车辆荷载的要求，有些桥梁由于年久失修，对设立标志不重视，致使原设计中未考虑的超重车辆通过，造成超载，由此导致桥梁出现病害。结构受意外撞击，冲击和沉重的集中荷载可能造成可见裂缝和细微裂缝，造成局部腐蚀。
2.5养护
养护维修及加固措施不当。有些桥梁的技术缺陷是由于养护维修不恰当引起的，比如桥面维修增加过大的恒载，致使桥梁负担加重；桥面排水处理不当，桥面渗水；又如支座维修不当，约束了承重结构的变形等。有些桥梁则是加固不当引起的，比如加固施加的预应力大小或者位置不恰当，引起结构的二次病害；又如结构体系改变不合理，致使结构的关键部位应力超限等。
2.6材料
混凝土、钢筋等材料的质量问题是导致桥梁结构缺陷的内在因素。往往这几种原因共同作用，导致桥梁发生严重退化和破坏。
3.混凝土桥梁在设计中应该注意的问题
3.1装配式空心板桥
在公路装配式空心板桥的设计中应注意以下问题:(1)斜截面抗剪强度的设计验算；(2)充分考虑重车对空心板的截面尺寸、整体刚度等的影响,对于一般的空心板标准图,应重新按重车荷载进行验算；(3)预留铰缝尺寸应满足施工要求；(4)板间连接筋要保证抗拉、抗剪的要求；(5)铰缝间剪力计算时,按半波正弦换算的荷载应乘以一定的扩大系数或用有限元法计算。
3.2整体式板桥
在公路桥梁设计中,除对纵向配筋进行设计外，还要着重考虑整体式板的横向受力钢筋,即考虑计算横向的荷载最不利布置(局部加载),计算横向弯矩,布置横向受力钢筋,而不应仅按构造布置横向分布钢筋。
3.3 T型梁桥设计中应注意问题
在公路T型梁桥设计中应注意的问题:(1)在考虑剪力滞影响后,T梁的受压翼缘的有效分布宽度一般包括纵向湿接缝的宽度,因此需合理拟定T型梁的悬臂尺寸和纵向湿接缝的缝宽(纵向湿接缝的缝宽一般不大于60cm)；(2)合理布置肋板上的纵向分布钢筋(钢筋间距和钢筋直径)；(3)用有限元法,计算车辆荷载的有效分布宽度和翼板间的内力,以布置受力钢筋；(4)合理确定主梁间距以减小行车道板的内力；(5)由于考虑剪力滞影响,梁的受压翼缘的有效分布宽度包括纵向湿接缝的宽度,因此需合理拟定T型梁的悬臂尺寸和纵向湿接缝的缝宽。
3.4先简支后连续箱形梁桥
先简支后连续箱形梁桥设计中应注意以下问题:(1)重视斜截面强度和主拉(压)应力的计算；(2)合理计算箱梁翼缘板的有效分布宽度,正确布置箱梁间距；(3)合理计算预应力损失；(4)合理计算预应力钢束的锚固对锚固截面的局部受压；(5)重新拟定在中交通荷载作用下的箱型梁的截面尺寸,尤其是箱梁腹板的厚度；(6)重视预应力箱型梁中普通钢筋的布置；(7)正确计算翼板的内力,合理布置受力钢筋；(8)由于考虑剪力滞影响,梁的受压翼缘的有效分布宽度包括纵向湿接缝的宽度,因此需合理拟定箱型梁的悬臂尺寸和纵向湿接缝的缝宽；(9)适当增多横隔梁的片数和加厚横隔梁的尺寸,汽车荷载横向分布系数逐渐变小,各主梁受力趋于均匀。
4．结语
随着经济的发展和时代的进步，人们对公路桥梁的结构安全和耐久性能越来越重视，对于一些已建的公路桥梁要及时进行检查和病害分析，并做好养护和维修工作；对于公路桥梁维修和加固时,应综合分析桥梁损害的原因以及科学的检测方法,并以此提出可行的加固和维修方案，提高经济效益；对于新建的公路桥梁，应做好设计工作，并注意一些问题。
