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常見橋梁病害的形式和原因?

隨著經濟的快速發展和道路交通的日益繁榮,人們對高等級、高標準道路交通的需求與日俱增,因此全國各地的道路建設和養護發展也十分迅速;新建項目有豐富的設計施工經驗,這裏就不贅述了。而養護工程,尤其是大型橋梁的養護業務,是近年來逐漸發展壯大起來的熱門行業,受關註程度越來越高。橋梁是公路運輸系統的重要組成部分,在公路運輸中發揮著重要的作用。壹旦出現質量問題,對國家和人民的損失將是巨大的。因此,主管部門已經把橋梁維修工作提上了極其重要的日程。

橋連四海,路連四方。橋梁的建造和暢通促進了人類社會文化和經濟生活的繁榮和發展。但是壹旦橋梁倒塌,將會帶來巨大的損失和災難。近年來,人們開始註意到各種疾病正在不同程度地侵襲著中國30多萬座在役橋梁。據統計,我國存在安全隱患和耐久性問題的橋梁約占總數的50%,有些地方甚至超過70%。在這些橋梁中,有20% ~ 30%是危險的,大約有9597座。如何正確檢測、評估和加固這些既有橋梁,目前在理論上還沒有很好的解決方案。主要原因是對疾病及其發生機制缺乏系統清晰的認識。

1.橋梁病害的主要形式

鋼筋混凝土橋梁的病害主要有以下幾種形式:

1.1裂縫是鋼筋混凝土橋梁最常見的病害之壹,沒有裂縫的橋梁幾乎沒有。而且,裂縫往往是多種因素共同作用的結果。裂縫對鋼筋混凝土橋梁有不同程度的危害,嚴重的裂縫如貫穿裂縫和網狀裂縫會嚴重危及橋梁的安全運營。此外,裂縫往往會引起其他疾病的發生和發展,如鋼筋腐蝕、凍融破壞等。這些病害和裂縫形成惡性循環,會對橋梁的耐久性造成很大的危害。

1.2混凝土碳化和鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土橋梁中常見的現象。當混凝土碳化和鋼筋銹蝕程度越來越嚴重時,橋梁不可避免地會沿著鋼筋產生更多的裂縫,從而降低橋梁的安全性,縮短橋梁的使用壽命。

1.3剝蝕是指從混凝土的外觀破壞形式來看,混凝土橋梁結構表面出現蜂窩麻面、露石、酥皮、脫皮等病害。根據機理的不同,可分為凍融侵蝕、沖刷和空蝕、水蝕、風化侵蝕等。

1.4結構結構的破壞在鋼筋混凝土橋梁中,由於結構關鍵部位構造不合理、施工中出現問題或老化等原因造成的結構老化、失穩和過大變形,在壹定程度上影響了橋梁的安全運營。

1.5地基不均勻沈降造成的破壞地基不均勻沈降造成的破壞對結構的影響也很大,如翼墻、錐坡的下沈、滑動、開裂,毛石墩、橋臺的貫通。

2.橋梁病害機理分析

2.1裂縫當混凝土中的拉應力大於其抗拉強度或拉應變大於其極限拉應變時,混凝土就會產生裂縫。橋梁裂縫主要包括以下幾種類型。

第壹,超載裂縫。過載裂紋可細分為:

①局部壓裂縫:當設計的混凝土抗壓強度不足或超載時,局部拉應力往往導致壓應力高的部位出現局部壓裂縫甚至局部壓潰。特征:局部承壓區有許多短裂紋,壹般與壓力方向平行。

②彎曲裂縫:當受拉區的拉應力超過混凝土的抗拉強度時,往往出現彎曲裂縫。特征:橫向裂紋從受拉區邊緣開始出現在彎矩最大的截面附近,並逐漸向中性軸擴展;使用螺紋鋼筋時,裂縫間可見短期二次裂縫。

二是網裂。當混凝土出現縱橫交錯的不規則裂縫時,稱為凈裂縫或裂縫。主要有以下幾種情況:

(1)混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發,造成混凝土澆築的坍落度過低,使混凝土出現不規則的網狀裂縫。

(2)混凝土初期養護時,由於澆水不足或不及時或大風天氣施工,混凝土表面突然幹燥,發生塑性收縮,導致混凝土表面出現不規則裂縫,壹般深度較淺。

第三,鋼筋銹蝕引起的裂縫。混凝土中的鋼筋銹蝕後,銹蝕產物的體積比原來大2 ~ 4倍,從而對周圍的混凝土產生膨脹應力。當膨脹應力大於混凝土的抗拉強度時,就會產生裂縫,稱為鋼筋銹蝕裂縫。鋼筋銹裂紋壹般是沿鋼筋長度方向的裂紋。

2.2混凝土碳化和鋼筋銹蝕混凝土碳化和鋼筋銹蝕在橋梁中很常見。也比較嚴重。調查表明,當碳化深度接近或超過混凝土保護層厚度時,混凝土中的鋼筋已經銹蝕。裂縫多、混凝土質量差的地方,鋼筋銹蝕程度必然嚴重,沿著鋼筋也有很多裂縫。隨著鋼筋的銹蝕,混凝土開裂、剝落,鋼筋與混凝土之間的粘結力不斷喪失,鋼筋截面積減小,承載力降低,從而降低結構的安全性,可能發生結構破壞事故。

2.3侵蝕根據不同的機理,侵蝕可分為凍融侵蝕、沖蝕、氣蝕、水蝕、風化侵蝕等。

首先,凍融剝蝕:是指結構硬化混凝土縫隙中的水凍結膨脹、融化、松弛,產生疲勞應力,導致混凝土在水飽和或濕潤狀態下,由於溫度的正負變化而從表面向內部逐漸剝蝕的破壞現象。凍融侵蝕破壞會使橋墩、梁板、樁等鋼筋混凝土結構的有效截面積減小。鋼筋混凝土橋梁,誘發鋼筋銹蝕,加速老化過程,導致結構承載力和穩定性下降。

其次是沖蝕和氣蝕。空蝕破壞壹般表現為橋墩上表面出現空蝕凹坑,但其他部位完好無損,凹坑深度有時達到幾厘米;侵蝕壹般面積較大,具有壹定的連續性。沖刷和空蝕破壞發展到壹定程度可能誘發大規模水力沖刷破壞。

第三,水質侵蝕:包括硫酸鹽侵蝕;酸侵蝕;堿性侵蝕。

最後是風化剝蝕:這是壹種常見的剝蝕現象,危害不大,只是輕微。

2.4結構損壞結構損壞主要發生在伸縮縫和支座處:

首先是伸縮縫:失效特征是設計不當、材料老化、施工因素等造成的接縫不平、磕碰、滲漏。

其次是支座:失效特征是支座由於設計不當、材料老化、施工因素等原因發生偏移,導致支座不穩定、墊壓壞、功能喪失。甚至引發其他疾病。

2.5地基不均勻沈降造成的破壞除了上述因地基不均勻沈降造成的橋墩裂縫外,這類病害主要有翼墻和錐坡的下沈、滑動、傾斜、開裂,毛石墩和松動石塊的貫通縫。本部分還總結了各種施工原因造成的橋頭跳車現象。

橋梁結構應有足夠的強度來承受重力和作用在其上的附加力;結構的所有部分必須有足夠的剛度,使其在載荷下不會產生過大的撓曲和變形;結構各部分的尺寸必須合適,使構件在承受軸向壓力時不會屈曲而失去穩定性。同時,結構還應具有較高的耐久性。由於作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造和施工質量的分散性、計算假設的近似性,橋梁結構在長期使用中存在病害。

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