1、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工缺陷對(duì)病害影響分析報(bào)告一、序言預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋跨越能力大，受力合理，結(jié)構(gòu)整體性好，造型美觀，其投資比斜拉橋、懸索橋低，是一種極有競(jìng)爭(zhēng)力的橋梁結(jié)構(gòu)形式。對(duì)箱形截面來(lái)說(shuō)，其主要優(yōu)點(diǎn)為：抗彎、抗扭剛度大，整體性強(qiáng)；梁高小，可以是變高度，也可以是等高度；施工方法多樣，如懸臂澆筑、預(yù)制拼裝、頂推等；橋面接縫少、行車舒適、便于養(yǎng)護(hù)；外形美觀。由于以上優(yōu)越性，近年來(lái)我國(guó)修建了多座大跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。但是在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的施工過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榉N種因素使橋梁產(chǎn)生達(dá)不到預(yù)期的線形、橋梁裂縫過(guò)大、甚至部分節(jié)段梁體發(fā)生崩裂事故等缺陷。在這種情況下，就需要對(duì)這些施工中存在缺陷和病害的結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行受力行為分析和研究，探索施工中缺陷在橋梁產(chǎn)生病害的影響分析，從而為以后橋梁加固方案選定和計(jì)算做出理論指導(dǎo)和依據(jù)。但是，在該類橋梁施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)情況和施工缺陷與理論計(jì)算模型相比存在差異，比如：施工荷載、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度、濕度、時(shí)間、材料特性及結(jié)構(gòu)尺寸等和理論取值存在差異，使得在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力及線形往往偏離理想狀態(tài)。在分析和處理帶缺陷的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋時(shí)會(huì)遇到一些參數(shù)識(shí)別和輸入以及如何選取計(jì)算模型和邊界條件等問(wèn)題，這又給模擬分析帶來(lái)了很大的麻煩，這些問(wèn)題往往又控制著整個(gè)計(jì)算的準(zhǔn)確和可信度，所以在分析由于各種原因產(chǎn)生了缺陷和病害的橋梁時(shí)，缺陷部分的處理和模擬十分重要。

3、同時(shí)施工缺陷也直接影響到了運(yùn)營(yíng)中結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度的發(fā)展，所以對(duì)施工缺陷的模擬和分析十分必要。此外在現(xiàn)階段，我國(guó)的很多預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋已經(jīng)或者即將進(jìn)入到結(jié)構(gòu)老化、出現(xiàn)病害的階段。研究此類帶有缺陷和病害的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的受力行為、運(yùn)用有限元模擬結(jié)構(gòu)的處理方式、各種缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響程度以及各種施工缺陷對(duì)應(yīng)出現(xiàn)的病害影響分析具有更為廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。二、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁研究的現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)1、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工中缺陷的文獻(xiàn)綜述隨著預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋跨徑的不斷增大, 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在施工的過(guò)程中存在各種的缺陷，這樣也導(dǎo)致了橋梁在成橋和運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中出現(xiàn)各種各樣的病害。尤其在當(dāng)今高速公路飛速

4、發(fā)展的時(shí)代,預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋作為高速公路上的主力橋型,其安全性能必須得到充分的重視。A大橋51m+85m+51m預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)剛構(gòu)橋。橋梁全寬36.5m,分左右兩半幅,單幅寬16.25m。采用整體式斷面,為單箱單室的變高度直腹板箱形梁,箱底曲線采用圓曲線。根部梁高4.8m,跨中2.2m,頂板寬16.25m,底板9m。主橋連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工。在左半幅橋中跨合龍束全部張拉完成后,中跨箱梁底板混凝土出現(xiàn)了大面積崩落和脫空。箱梁底板在18m(縱向)×5m(橫向)范圍內(nèi)出現(xiàn)了大面積崩落和脫空現(xiàn)象,中間無(wú)預(yù)應(yīng)力束區(qū)域有一小塊面積相對(duì)較好,無(wú)開(kāi)裂與脫空現(xiàn)象,這說(shuō)明底板混凝土破壞是由

5、于預(yù)應(yīng)力束張拉后產(chǎn)生的下崩力所致。B大橋47m+75m+47m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)剛構(gòu)橋,采用三向預(yù)應(yīng)力體系的懸臂澆筑施工結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)為變截面的單箱單室截面,垂直腹板,單箱頂寬17m,底寬8.Om,翼板長(zhǎng)4.5m,支點(diǎn)處梁高4.2m,跨中梁高2.0m,梁底按照1.5次拋物線變化。腹板變厚度4050cm,底板變厚度2550cm,僅支點(diǎn)處設(shè)置橫隔板,采用C50混凝土。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用ASTMA416-1998標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)低松弛270級(jí)中15.24mm鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa。其中中跨合龍段底板對(duì)稱布置24個(gè)預(yù)應(yīng)力孔道(包括2個(gè)備用孔道),孔道間距16cm,每束19根預(yù)應(yīng)力鋼絞

6、線。主跨合龍段張拉完畢拆除底模時(shí)(未灌漿)聽(tīng)見(jiàn)混凝土破裂聲,發(fā)現(xiàn)底板底部有縱向裂紋,并且呈發(fā)展趨勢(shì)至。9#塊(合龍段為10#),室內(nèi)底板處也出現(xiàn)了通長(zhǎng)裂縫,底板局部混凝土出現(xiàn)崩裂而脫落。在進(jìn)行修復(fù)改造過(guò)程中,鋸開(kāi)主跨合龍段發(fā)現(xiàn)箱梁底板破壞主要集中在布置波紋管的位置,波紋管之間的混凝土豎向被拉斷,底板內(nèi)的上下兩層鋼筋網(wǎng)及其之間的混凝土已經(jīng)崩開(kāi),進(jìn)而造成底板和腹板交界處縱向裂縫,底板束以下的普通混凝土與上層混凝土崩離開(kāi),形成“兩張皮”。C大橋65+3×100+65m五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁縱向采用變高度截面,l4#墩支點(diǎn)處梁高5.5m,其兩側(cè)lm范圍內(nèi)為等高度截面,跨24跨中梁高2

7、.5m。主橋箱梁采用50號(hào)混凝土。主橋箱梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系,即縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力,縱向?yàn)槿A(yù)應(yīng)力,豎向?yàn)椴糠诸A(yù)應(yīng)力,橫向無(wú)預(yù)應(yīng)力。縱向預(yù)應(yīng)力束采用24-5的高強(qiáng)度鋼絲,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1600MPa,張拉控制力為588KN,錨具采用弗氏錨具。2001年5月,發(fā)現(xiàn)橋西側(cè)第二孔箱梁下沉16.8cm，縱向預(yù)應(yīng)力損失逐漸加大,對(duì)混凝土的壓力減小。2002年5月，發(fā)現(xiàn)大橋下沉幅度不斷增加,箱梁裂縫增多。該橋的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋一般長(zhǎng)度較短,很小的錨固間隙也會(huì)使預(yù)應(yīng)力明顯減小。沒(méi)有專門(mén)的設(shè)備和嚴(yán)格的施工控制,施工完成后的實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力可能僅為理論值的2/3甚至1/2。在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,車輛荷載對(duì)橋面的

8、不斷沖擊,會(huì)導(dǎo)致鋼筋錨頭逐漸松動(dòng),豎向預(yù)應(yīng)力因錨固變形而減少,使該橋的抗剪能力下降,主拉應(yīng)力增大,箱梁兩側(cè)腹板出現(xiàn)了大量的斜剪裂縫。D大橋(73+112+150+150+90) m五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁設(shè)計(jì)為單箱單室斷面，全橋分兩幅，每幅橋面為單向2%的橫坡。箱梁頂板寬12. 75m,底板寬7m。在57#,58#,59#墩頂處箱梁高為8.0m。在該橋左、右幅完成合龍后，對(duì)全橋線形頂板的厚度進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)際線形與理論現(xiàn)象有一定的偏差，這種偏差容易引起局部產(chǎn)生折角。根據(jù)實(shí)測(cè)的主橋合攏后梁頂標(biāo)高來(lái)看，主橋梁頂板起伏較大，大部分節(jié)段梁頂標(biāo)高較設(shè)計(jì)值偏差較大，最大偏差出現(xiàn)在中跨跨中位置為5. 5

9、cm。而主橋頂板厚度與理想狀態(tài)下的厚度有一定的偏差，最大偏差6.5cm。造成這種病害的原因有掛籃變形量不穩(wěn)定、掛籃支點(diǎn)松動(dòng)、模板變形和連接不牢固等造成混凝土澆筑后箱梁實(shí)測(cè)高程與計(jì)算高程產(chǎn)生一定的偏差以及混凝土加載齡期、收縮徐變以及彈性模量變化的影響。由于在實(shí)際施工過(guò)程中，每一個(gè)節(jié)段箱梁混凝土澆筑后的加載齡期、環(huán)境溫濕狀況以及施工荷載不完全一致，表現(xiàn)出早期混凝土收縮徐變和彈性模量有一定變化，現(xiàn)場(chǎng)的混凝土收縮徐變發(fā)生模式與規(guī)范中的計(jì)算方法產(chǎn)生一定的偏差，目前收縮徐變的計(jì)算理論很難做到準(zhǔn)確計(jì)算混凝土的收縮徐變量，從而引起合龍后的節(jié)段箱梁實(shí)測(cè)高程與計(jì)算高程產(chǎn)生一定的偏差。2、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋缺陷的研

10、究現(xiàn)狀 盡管預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的發(fā)展前景廣闊,但是當(dāng)前的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)過(guò)程中也有一些問(wèn)題有待解決。近年來(lái),我國(guó)修建的多座預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋,出現(xiàn)了一些問(wèn)題。在施工或營(yíng)運(yùn)過(guò)程中,有些橋梁的箱梁在頂板、腹板、底板、橫隔板以及齒塊等部位出現(xiàn)了各種不同形式的裂縫甚至崩塊現(xiàn)象,這些裂縫的存在對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性和正常使用產(chǎn)生了十分不利的影響。因此,探明箱梁結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的規(guī)律和形成機(jī)理并且得到各種缺陷的梁橋的模擬計(jì)算和各種缺陷對(duì)橋梁整體受力的影響程度無(wú)論是對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)還是對(duì)新建橋的設(shè)計(jì)、施工都是十分必要的。尤其是近年來(lái),部分PC連續(xù)剛構(gòu)橋在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,由于各種原因出現(xiàn)了一些裂

11、縫和底板崩裂現(xiàn)象有關(guān)學(xué)者、專家對(duì)其進(jìn)行了分析研究。包立新、楊廣來(lái)和楊文軍分析了一座主跨170m的連續(xù)剛構(gòu)橋底板混凝土向下崩裂的原因。該橋箱梁底板寬8.5m,主跨跨中底板厚度為28cm,底板鋼筋網(wǎng)間設(shè)置間距為45cm×45cm的直徑為12mm的箍筋,在施工過(guò)程中底板混凝土向下崩出,預(yù)應(yīng)力鋼筋下移。分析認(rèn)為底板混凝土崩裂的主要原因:是由于底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋在豎直面內(nèi)布置為拋物線形的曲線,縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后產(chǎn)生了向弧心的徑向力,徑向力主要由箍筋承受,而箍筋間距為45cm,間距過(guò)大,箍筋應(yīng)力超限,底板上下層鋼筋網(wǎng)被撕開(kāi),導(dǎo)致底板混凝土向下崩出。建議在主跨跨中設(shè)置橫隔板,跨中合龍段箍筋間距采用

12、20cm。王仁貴、吳偉勝和龐頌賢也認(rèn)為,由于箱梁截面高度的變化,底板預(yù)應(yīng)力鋼束隨之產(chǎn)生徑向附加力q,q=P/R,P為有效預(yù)加力,R為預(yù)應(yīng)力鋼束的曲率半徑,鋼束彎曲產(chǎn)生的徑向力使預(yù)應(yīng)力管道下緣混凝土承受徑向荷載作用,底板混凝土可能崩裂,建議底板設(shè)計(jì)采用大噸位束、單層布束,鋼束中心距離底板下緣不小于10cm。宋雨、項(xiàng)貽強(qiáng)、徐興和朱益民對(duì)一座46.8m+72m+46.8m預(yù)應(yīng)力混凝土v形墩連續(xù)剛構(gòu)橋底板縱向裂縫進(jìn)行了分析。該橋采用雙箱雙室截面,跨中梁高為1.8m,邊跨和中跨跨中底板厚度均為24cm。成橋后,發(fā)現(xiàn)在主跨和邊跨跨中箱梁底部存在長(zhǎng)度不等但范圍較廣的縱向裂縫,裂縫最大寬度約為0.25mm。分

13、析認(rèn)為底板縱向裂縫原因主要為:中跨和邊跨跨中未設(shè)橫隔板、底板厚度不夠、底板中部縱向預(yù)應(yīng)力的泊松效應(yīng),以及施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力管道周圍混凝土收縮不均勻,造成底板橫橋向拉應(yīng)力過(guò)大(有限元計(jì)算值達(dá)11.43MPa),導(dǎo)致底板縱向裂縫。王新敏、王秀偉提出,預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí),混凝土的強(qiáng)度大小也是影響裂縫產(chǎn)生的因素之一。張麗璞、王昌武對(duì)一座70m+130m+70m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁頂板縱向裂縫的原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為如果混凝土及鋼筋應(yīng)力小于容許值,一般不會(huì)產(chǎn)生裂縫,若施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力束張拉不足、鋼束布置存在誤差、灌漿質(zhì)量不好、錨固部位不良等,都可能產(chǎn)生裂縫。張繼堯、王昌將認(rèn)為,將箱梁底板上的預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起

14、到腹板上錨固時(shí),預(yù)應(yīng)力束必然是既平彎又豎彎,預(yù)應(yīng)力方向的轉(zhuǎn)向必將在底板上產(chǎn)生拉力,底板可能產(chǎn)生縱向裂縫。樓莊鴻在現(xiàn)有大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的缺陷一文中,分析了梁橋出現(xiàn)縱向裂縫的原因,認(rèn)為車輪荷載超重引起橫向彎矩過(guò)大,引起頂板下緣產(chǎn)生縱向裂縫;過(guò)大的縱向預(yù)應(yīng)力由于泊松效應(yīng)產(chǎn)生較大的橫向拉應(yīng)力;中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的溫差應(yīng)力估計(jì)過(guò)小;混凝土橫向收縮引起縱向裂縫:支座中心與腹板中心不一致可能引起頂板裂縫;支座橫向布置若都固定,可能引起裂縫;水化熱也會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。強(qiáng)士中、李小珍、衛(wèi)星和程海根等,對(duì)貴陽(yáng)市中心環(huán)北線工程小關(guān)水庫(kù)特大橋合龍段底板崩裂原因提出了分析報(bào)告。該橋跨越小關(guān)水庫(kù)溝谷、貴陽(yáng)一都拉營(yíng)公路、川

15、黔鐵路。主橋孔跨布置采用69m+125m+2×160m+112m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋。梁體為單箱雙室截面,梁頂寬21.5m,底寬12.5m,根部梁高10.5m,跨中梁高3.0m。2003年10月,在張拉箱梁底板合龍段縱向預(yù)應(yīng)力束的過(guò)程中,5號(hào)、2號(hào)、1號(hào)合龍段及附近底板共有5個(gè)部位先后不同程度地向上或向下崩裂。分析認(rèn)為,預(yù)應(yīng)力管道偏離設(shè)計(jì)位置,致使底板混凝土出現(xiàn)較大局部應(yīng)力,是導(dǎo)致合龍段底板混凝土崩裂的主要原因。彭運(yùn)動(dòng)、孔慶凱分析了某T構(gòu)橋根部梁段底板縱向開(kāi)裂的原因。該橋主梁為單箱雙室,頂板寬22.5m,底板寬14.5m,根部l3號(hào)梁段底板厚為10066.4cm。采用

16、滿堂支架施工。2號(hào)梁段澆完養(yǎng)護(hù)時(shí),發(fā)現(xiàn)1號(hào)梁段底板縱向開(kāi)裂且滲水;對(duì)3號(hào)梁段橫向鋼筋加強(qiáng)后,澆完養(yǎng)護(hù)時(shí),發(fā)現(xiàn)2號(hào)梁段底板縱向開(kāi)裂;3號(hào)梁段拆模后,3號(hào)梁段底板仍有裂紋。底板混凝土開(kāi)裂的原因是由于后澆梁段和先澆梁段混凝土存在一定的收縮差,先澆梁段混凝土約束了后澆梁段的收縮變形,導(dǎo)致后澆梁段底板出現(xiàn)較大的橫向拉應(yīng)力。經(jīng)采取梁段間底板預(yù)留后澆段,并在底板中間布置冷卻水管的措施后,底板未再發(fā)現(xiàn)裂紋。某預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在2008年建設(shè)之中,發(fā)現(xiàn)在張拉跨中底板合龍束以后,中跨跨中附近底板發(fā)生崩裂。通過(guò)全橋整體空間計(jì)算和跨中梁段局部應(yīng)力分析,結(jié)合類似橋梁的崩裂和裂縫的情況,對(duì)該橋病害的原因進(jìn)行全面分析,并

17、結(jié)合施工中存在的一些問(wèn)題和缺陷展開(kāi)討論,探明各種缺陷對(duì)全橋受力和局部應(yīng)力的影響，建立各種施工中缺陷與橋梁病害的關(guān)系。三、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的病害及其分析預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的主要病害表現(xiàn)為混凝土梁體裂縫和鋼筋銹蝕兩大主要方面。混凝土的缺陷最主要的是裂縫，同時(shí)還包括蜂窩、孔洞、露筋、剝落、白化、層析、保護(hù)層厚度不夠等表層缺陷。鋼筋銹蝕則主要普通鋼筋銹蝕、預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕和預(yù)應(yīng)力錨具銹蝕等。 預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的典型裂縫預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁、懸臂梁與連續(xù)梁典型常見(jiàn)裂縫表2裂縫種類與發(fā)生部位主要特征發(fā)生原因先張法梁端錨固處的裂縫裂縫均起始于張拉端面，寬度約為0.1mm左右，長(zhǎng)度一般只延伸至擴(kuò)大部分的變截面處

18、；由于在兩組張拉鋼筋之間，梁端混凝土處于受力區(qū)，使梁端易發(fā)生水平裂縫。錨頭處應(yīng)力集中和錨頭產(chǎn)生的楔形作用而使錨頭附近產(chǎn)生細(xì)小水平裂縫。后張法梁梁端（或其他部位）錨固處的裂縫通常發(fā)生在梁端或預(yù)應(yīng)力筋錨固處，裂縫比較短小，與鋼絲束方向垂直，在錨固處時(shí)與梁縱軸多呈30°45°；運(yùn)營(yíng)初期有所發(fā)展，后期逐漸趨于穩(wěn)定；由于端部應(yīng)力集中，混凝土質(zhì)量不良所致。腹板收縮裂縫大多在脫模后23h內(nèi)發(fā)生，裂縫通常從上梁肋到下梁肋，整個(gè)腹板裂通，寬度一般為0.20.4mm，施工預(yù)應(yīng)力后大多會(huì)閉合；多為混凝土收縮和溫度所致，如極低的外界溫度，混凝土混合料進(jìn)行預(yù)熱使應(yīng)力分布不均。懸臂梁剪切裂縫剪切裂縫出

19、現(xiàn)在腹板上看起來(lái)近似45°傾斜，一般出現(xiàn)在支點(diǎn)與反彎點(diǎn)之間的區(qū)域預(yù)應(yīng)力不足，超載的永久荷載，二次應(yīng)力，溫度作用；設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)多室箱梁腹板內(nèi)剪力分布的認(rèn)識(shí)，橫截面未考慮實(shí)際變形，沒(méi)有檢算力筋截?cái)嗵幍淖笥医孛媸芰η闆r懸臂箱梁錨固后接縫中的裂縫懸臂箱梁在連續(xù)力筋錨固齒板后面的底板內(nèi)會(huì)產(chǎn)生裂縫，并有可能向著腹板擴(kuò)展，裂縫與梁縱軸呈3045°預(yù)應(yīng)力筋作用面很小，產(chǎn)生局部應(yīng)力，或者由于頂?shù)装逯辛铄^具之間的水平方向錯(cuò)開(kāi)的距離太小。底板裂縫箱梁底板上發(fā)生不規(guī)則裂縫梁橫向受力性能與橫向不變形截面顯得有很大的不同，即由于腹板與底板受力不均所致箱梁彎曲裂縫箱梁上產(chǎn)生彎曲的裂縫混凝土抗拉能力不足

20、，將導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；在分段式箱梁中，一般出現(xiàn)在接縫內(nèi)或接縫附近，梁底裂縫可達(dá)0.10.2mm；彎曲裂縫一般很小，結(jié)構(gòu)不受損傷，但在外荷載反復(fù)作用（汽車動(dòng)力荷載及溫度梯度）下，裂縫有可能會(huì)擴(kuò)大。連續(xù)梁彎曲裂縫在連續(xù)梁中，在正彎矩區(qū)的梁底部和在負(fù)彎矩區(qū)的頂部一般可能發(fā)生這種裂縫。混凝土的抗拉應(yīng)力不足裂縫對(duì)橋梁的主要影響為：在潮濕的環(huán)境中，有害介質(zhì)的侵蝕會(huì)加速混凝土的碳化。當(dāng)碳化至鋼筋位置時(shí)，鋼筋開(kāi)始銹蝕，鋼筋銹蝕加劇了微裂縫的擴(kuò)展，長(zhǎng)期作用下，降低了梁體的強(qiáng)度、剛度及耐久性。銹蝕膨脹的惡性循環(huán)造成梁體保護(hù)層剝落，最終導(dǎo)致梁體的徹底破壞。而這種影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)橋梁使用性能的影響。開(kāi)裂使橋梁

21、剛度降低，變形增大跨中撓度超標(biāo)，繼而影響橋梁的正常使用，嚴(yán)重的開(kāi)裂問(wèn)題導(dǎo)致橋梁承載力下降，直至影響橋梁的安全使用。二是對(duì)橋梁的耐久性及使用壽命的影響。裂縫會(huì)加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕有加速了裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，造成橋梁使用性能趨于惡化，耐久性下降，縮短橋梁的使用壽命。 鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕病害鋼筋銹蝕可分為兩種情況，一種是混凝土開(kāi)裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，即先裂后銹；一種是因?yàn)楸Ｗo(hù)層太薄或露筋而引起的鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕體積膨脹導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂或表面混凝土成塊脫落，即先銹后裂。主梁中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋主要是先裂后銹，混凝土保護(hù)層保護(hù)作用失去后，銹蝕就很容易發(fā)展。而先銹后裂的情況較少，主要是保護(hù)層太薄

22、或混凝土以外受損露筋，附屬結(jié)構(gòu)上比較多見(jiàn)，如防撞墻等。原因造成鋼筋銹蝕的主要內(nèi)在原因有：一是鋼筋受濕氣及氧氣的作用；二是混凝土中性化；三是鋼筋表面氯離子含量高。造成鋼筋銹蝕的主要外在原因有：一是混凝土構(gòu)件開(kāi)裂；二是主梁受損，混凝土剝落；三是施工時(shí)預(yù)留保護(hù)層太薄，混凝土碳化深度較大；四是后張預(yù)應(yīng)力的灌漿和封錨不合格，導(dǎo)致錨下積水或空洞。鋼筋銹蝕對(duì)橋梁的影響鋼筋銹蝕，會(huì)導(dǎo)致表面混凝土開(kāi)裂甚至成塊脫落受力主筋銹蝕后，鋼筋橫斷面積減少，主梁的承載能力急劇降低，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的安全性，混凝土開(kāi)裂或脫落又使原來(lái)處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中，如此惡性循環(huán)，如不加以維修養(yǎng)護(hù)，此種病害對(duì)橋梁的危害也是不

23、可忽略的。 其他病害對(duì)于混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋上部結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)件，其他病害主要為混凝土的表面缺陷，主要有：蜂窩（混凝土局部疏松，砂漿少，石子多，石子之間出現(xiàn)空隙，形成蜂窩狀孔洞）、麻面（混凝土表面局部缺漿、粗糙，或有許多小凹坑，但無(wú)鋼筋外露現(xiàn)象）、孔洞（混凝土內(nèi)部有空隙，局部沒(méi)有混凝土，蜂窩特別大的現(xiàn)象常發(fā)生在鋼筋密集處或預(yù)留空洞和預(yù)埋件處）、露筋（主要是主梁受到意外撞擊造成混凝土的崩落，使得鋼筋外露）、剝落（混凝土表面水泥砂漿流失，造成粗集料外露的現(xiàn)象，嚴(yán)重者造成粗集料脫落，一般發(fā)生在混凝土表層品質(zhì)較差的部位，一般不會(huì)很深）、白化（又稱為游離石灰，是由內(nèi)部滲出、附在混凝土附件表面的附著

24、物，通常為呈白色的石灰類附著物）、層析（是構(gòu)件受氯氣或鹽水侵襲，構(gòu)件內(nèi)的鋼筋銹蝕體積膨脹，導(dǎo)致鋼筋與外層鋼筋附近的混凝土分離）等。對(duì)于混凝土橋梁，由于某一缺陷日積月累的變化，加上環(huán)境的影響，有擴(kuò)大的危險(xiǎn)。例如蜂窩麻面，由于水的滲入，促使混凝土材料惡化，會(huì)引起鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕物的產(chǎn)生過(guò)程伴隨體積膨脹，又導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生銹蝕裂縫，形成惡性循環(huán)。四、案例鐘祥大橋的病害及其分析一、鐘祥大橋安全隱患檢測(cè)情況1、跟蹤檢測(cè)背景鐘祥大橋于1993年建成，到目前己通車運(yùn)營(yíng)11年。1999年4月開(kāi)始對(duì)大橋進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)年發(fā)現(xiàn)大橋橋面略有下沉。2000年鐘祥市交通局將大橋病害情況向荊門(mén)交通局、公路局進(jìn)行了專題匯報(bào)

25、，荊門(mén)交通局、公路局多次派人到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行察看，認(rèn)為大橋不存在安全隱患。2001年5月，鐘祥市交通局請(qǐng)直接參與該橋建設(shè)的技術(shù)人員利用租憑的設(shè)備對(duì)大橋進(jìn)行了沉降觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋西側(cè)第二孔箱梁下沉16 .8cm，鐘祥市交通局及時(shí)向荊門(mén)公路局進(jìn)行了匯報(bào)，并拍了照片，進(jìn)行了錄象，荊門(mén)公路局及時(shí)向湖北省公路局進(jìn)行了匯報(bào)。2002年5月湖北省公路局安排專人對(duì)大橋進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)大橋下沉幅度不斷增加，箱梁裂縫增多。尤其是今年以來(lái)，大橋病害部位的安全隱患進(jìn)行進(jìn)一步加劇。2004年2月。湖北省公路工程咨詢監(jiān)理中心的專家對(duì)鐘祥大橋進(jìn)行了檢測(cè)，于2004年4月下發(fā)了檢測(cè)報(bào)告。2.腹板裂縫大橋箱梁共發(fā)現(xiàn)裂縫58處，特別是

26、荊門(mén)側(cè)第二跨裂縫較多，其中裂縫長(zhǎng)度大于lm的有44處，最長(zhǎng)的達(dá)230cm。除新增裂縫外，有些舊裂縫也在不斷延伸，造成頂、底板裂縫。所有箱梁腹板裂縫的起點(diǎn)均位于頂板與腹板的交界處，沿45°方向延伸。裂縫位置多集中在每跨的四分之一和四分之三跨徑附近，且上下游腹板上裂縫基本呈對(duì)稱分布。3.橋面線形大橋箱梁荊門(mén)側(cè)第二跨跨中附近橋面下陷較嚴(yán)重，最大有20.5cm.4.其他缺陷情況2004年8月2日和2004年8月19日的檢查均發(fā)現(xiàn):箱梁頂板多處漏水;局部有預(yù)應(yīng)力鋼筋外露現(xiàn)象，目視可見(jiàn)，腐蝕嚴(yán)重，大部分腹板豎向預(yù)應(yīng)力排氣孔漏水，存在其預(yù)力可能失效的問(wèn)題。幾乎所有的合攏段施工縫均存在不同程度的開(kāi)裂

27、漏水現(xiàn)象，對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋有較大的腐蝕傾向。二、病害成因的探討1.縱向預(yù)應(yīng)力損失影響該橋?yàn)榇笮瓦B續(xù)梁橋體系，采用掛籃懸澆法施工。橋梁在使用一段時(shí)間后，縱向預(yù)應(yīng)力損失逐漸加大，對(duì)混凝土的壓力減小，其作用機(jī)理等價(jià)于在混凝土上施加一個(gè)反向的拉力。在這種反向拉力的作用之下，換算到各個(gè)截面的中性軸位置，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向下彎曲變形的彎矩，即縱向預(yù)應(yīng)力損失的作用結(jié)果是使得橋面下?lián)希@就很好的說(shuō)明了橋面下陷的原因。2.豎向預(yù)應(yīng)力損失影響該橋采用雙向預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)，箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用冷拉粗鋼筋來(lái)施加。這種預(yù)應(yīng)力鋼筋一般長(zhǎng)度較短，很小的錨固間隙也會(huì)使預(yù)應(yīng)力明顯減小。有研究表明，沒(méi)有專門(mén)的設(shè)備和嚴(yán)格的施工

28、控制，施工完成后的實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力可能僅為理論值的2/3甚至1/2。在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，車輛荷載對(duì)橋面的不斷沖擊，會(huì)導(dǎo)致鋼筋錨頭逐漸松動(dòng)，豎向預(yù)應(yīng)力因錨固變形而減少，使該橋的抗剪能力下降，主拉應(yīng)力增大，箱梁兩側(cè)腹板出現(xiàn)了大量的斜剪裂縫。3.剪力滯效應(yīng)考慮到此橋橫斷面為單箱單室，且箱室較大，箱梁寬為12.5m，兩側(cè)翼緣板各伸出2.8m，因此剪力滯影響由跨中到支點(diǎn)處依次增大。參考“美國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范”，對(duì)于此箱梁結(jié)構(gòu)不能按全截面受力來(lái)計(jì)算，考慮剪力滯效應(yīng)的影響，支點(diǎn)處箱梁截面需折減15%，跨中處箱梁截面需折減2%，其余斷面依次內(nèi)插，因此作用于橋體的預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備值會(huì)降低。4.混凝上收縮徐變的影響該橋?yàn)榇?/p>

29、型連續(xù)梁橋體系，采用掛籃懸澆法施工。根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的固有特性及其施工特點(diǎn)，混凝土的收縮徐變對(duì)梁體應(yīng)力影響較大。結(jié)構(gòu)合攏以后，由于體系的轉(zhuǎn)換，將產(chǎn)生次生應(yīng)力，次生應(yīng)力的大小與施工分階段的澆筑時(shí)間有很大關(guān)系，若施工周期較長(zhǎng)，混凝土的收縮徐變完成較多，則合攏后的次生應(yīng)力較小，反之，則較大。目前國(guó)內(nèi)外在收縮徐變方面的理論和所用的設(shè)計(jì)程序還在完善之中，因此基于不同的理論體系所得到的收縮徐變影響值有所不同，使對(duì)混凝土徐變因素的考慮必然存在可總結(jié)之處。5.使用荷載超限由于該橋長(zhǎng)期處于繁忙的超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，加劇了變形和裂縫的發(fā)展。這充分說(shuō)明，在上述幾方面的原因中，縱向預(yù)應(yīng)力損失、主拉應(yīng)力過(guò)大、豎向預(yù)應(yīng)力損失和各

30、種因素造成的混凝土收縮徐變影響過(guò)大是最重要的內(nèi)因，長(zhǎng)期超載使用是誘發(fā)橋梁損壞的重要外界條件。6.混凝土強(qiáng)度和施工質(zhì)量混凝土在使用過(guò)程中，由于其碳化和損傷等原因。其抗拉、壓強(qiáng)度均有所下降:如果在施工中對(duì)混凝土的配合比和標(biāo)號(hào)控制不嚴(yán)，必然對(duì)其質(zhì)量留下隱患。分析橋梁腹板大面積開(kāi)裂和跨中下?lián)犀F(xiàn)象，亦有必要從混凝土的現(xiàn)有強(qiáng)度和剛度上尋找原因。由于該橋在施工及使用過(guò)程中縱向、豎向預(yù)應(yīng)力的損失，造成剪跨區(qū)域的主拉應(yīng)力過(guò)大，部分節(jié)段的主拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致斜剪裂縫的出現(xiàn)，致使該截面(即開(kāi)裂截面)的抗力下降，應(yīng)力發(fā)生重分布。進(jìn)而導(dǎo)致相鄰截面的主拉應(yīng)力增大、混凝土開(kāi)裂，長(zhǎng)期的超載作用，更加劇了裂縫的

31、開(kāi)展，如此循環(huán)往復(fù)，造成今天這樣的病害。同時(shí)，該主橋主跨的梁高和梁長(zhǎng)比例大約為H/L=1:30。按照幾何變位的原理，若腹板一處裂縫開(kāi)裂完1.Omm，則跨中就會(huì)產(chǎn)生3cm的下?lián)希鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的結(jié)果，裂縫間距約為2040cm，裂縫的寬度大部分大于O.5mm，個(gè)別裂縫寬度達(dá)1.15mm，故按照兒何變位的原理，可在CAD中模擬出由于大量斜裂縫的出現(xiàn)，使跨中產(chǎn)生20cm左右下?lián)系默F(xiàn)象。根據(jù)此原理，也就很容易解釋為什么主橋中跨跨中下?lián)线_(dá)20.5cm。漢江特大橋的病害及其分析一、漢江特大橋病害情況通過(guò)外觀檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土橋梁出現(xiàn)了各種裂縫及其它病害，主要表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面:1.1 箱梁裂縫1.1.

32、1 底板橫向裂縫右幅58-59#墩合龍段有兩條貫穿底板的橫向裂縫，1#橫向裂縫寬度為0.81mm；2#橫向裂縫寬度為0.60mm，最大深度用芬酞注射后測(cè)得為2.3cm, 右幅57-58#墩20#節(jié)段底板右側(cè)一條橫向裂縫，長(zhǎng)1.0m，縫寬0.2mm最大處縫深0.8cm右幅57-18#存在橫橋向裂縫，寬度一般都在0.06-O.15mm之間，長(zhǎng)度不等，最長(zhǎng)的為84cm，合計(jì)7條1.1.2 箱梁內(nèi)部合龍段頂縱向裂縫箱梁內(nèi)部合龍段頂板均出現(xiàn)裂縫，且為縱向裂縫，其中第三跨合龍段頂板縱向裂縫較多，有10余條均勻分布，長(zhǎng)度為1.2-2.1 m不等，其它合龍段頂板同樣存在縱向裂縫。1.1.3 箱梁底板縱向裂縫一

33、般出現(xiàn)在合龍段及其附近，其中右幅56-57#墩合龍段附近縱向裂縫較多，存在25條縱向裂縫，對(duì)稱分布于底板。寬度一般都在0.06-O.lmm，長(zhǎng)度不等，最長(zhǎng)的為120cm，最短的60cm，間距10cm。1.1.4 箱梁底板斜裂縫右幅58#墩一59#墩19#節(jié)段底板左側(cè)有兩條45°斜裂縫，右側(cè)有一條45°斜裂縫，左側(cè)有兩條45。斜裂縫長(zhǎng)1.5 m，縫寬0.4mm，最大處縫深1.Scm;右側(cè)一條斜裂縫長(zhǎng)1.1m，縫寬0.4mm，最大處縫深1.8cm。1.2 局部錯(cuò)臺(tái)全橋節(jié)段的底板下緣接頭(即每一節(jié)段底板接頭處)出現(xiàn)了多處錯(cuò)臺(tái)，其中錯(cuò)臺(tái)高度一般在1.0-3.Ocm之間，而最大錯(cuò)臺(tái)高

34、度為7cm，出現(xiàn)在右幅57-58號(hào)墩中跨合龍段。1.3 局部下?lián)贤ㄟ^(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，右幅58-20節(jié)段上游側(cè)局部出現(xiàn)下?lián)希沟牧旱拙€形出現(xiàn)一個(gè)明顯的折角。1.4 外觀質(zhì)量檢查中的工程缺陷1.4.1 孔洞檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該橋底板出現(xiàn)多處孔洞沒(méi)有封閉的情況，包括右幅57墩17#, 16#,15#, 14#節(jié)段，59墩20#節(jié)段。1.4.2 蜂窩、麻面現(xiàn)象箱梁外部局部存在多處蜂窩麻面現(xiàn)象，1.4.3 其它外觀缺陷檢測(cè)中還發(fā)現(xiàn)大橋外部局部還存在跑模、崩裂等跡象。1.5 頂板局部線形誤差超限在該橋左、右幅完成合龍后，對(duì)全橋線形進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)際線形與理論現(xiàn)象有一定的偏差，這種偏差容易引起局部產(chǎn)生折角。據(jù)實(shí)測(cè)的主橋合攏后

35、梁頂標(biāo)高來(lái)看，主橋梁頂板起伏較大，大部分節(jié)段梁頂標(biāo)高較設(shè)計(jì)值偏差較大，最大偏差出現(xiàn)在中跨跨中位置，為5. 5cm。可見(jiàn)監(jiān)控效果并不理想。1.6 箱梁厚度檢測(cè)線形偏差根據(jù)實(shí)測(cè)的主橋鋪裝后梁頂頂板厚度來(lái)看，主橋頂板厚度與理想狀態(tài)下的厚度有一定的偏差，最大偏差6.5cm。二、病害成因的探討2.1 右幅58-59#墩合龍段橫向裂縫成因分析該橋在上游幅58號(hào)至59號(hào)墩的合龍段底板處出現(xiàn)橫向裂縫，產(chǎn)生的原因可能有以下幾種情況: 預(yù)應(yīng)力張拉不到位或者損失過(guò)大。 施工荷載超重，混凝土模板變形。 箱梁高度方向的口照溫度梯度可能導(dǎo)致底板產(chǎn)生橫向裂縫。 該橋在58號(hào)至59號(hào)墩合龍時(shí)，中跨側(cè)配重水箱出現(xiàn)了漏水情況，使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)不平衡力，因此58-59次邊跨合龍段底板位置出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力。而此時(shí)合龍段混凝土尚處于初凝階段，強(qiáng)度很低，這個(gè)拉應(yīng)力的出現(xiàn)很可能導(dǎo)致通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，水箱配重重量減少大約30噸。這個(gè)不平衡力將對(duì)合龍段底部產(chǎn)生0.644MPa的應(yīng)力增量。同時(shí)，可以看到在這個(gè)不平衡力作用下，合龍段產(chǎn)生的下?lián)嫌?.8cm。分析表明，水箱漏水使得58-59次邊跨合龍段底板位置出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，而此時(shí)合龍段混凝土尚處于初凝階段，強(qiáng)度很低，這個(gè)拉應(yīng)力的出現(xiàn)很可能導(dǎo)致合龍段底板產(chǎn)生橫向裂縫。2.2 箱梁內(nèi)部合龍段頂板縱向裂縫成因分析該橋箱