桁架拱橋病害分析及加固技術認識

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400000)

桁架拱橋是由橋臺、桁架拱片、微彎板及橫向聯系等部分組成[1]，其中間為實腹段，兩側用拱形桁架片構成的拱橋。施工簡便、質量輕、剛度大，外形美觀靈活，是繼雙曲拱橋之后一種獨特的拱橋結構，上世紀50-70年代在我國各大地區得到廣泛應用，但是隨著交通運輸量、車輛密度和車輛載重的激增，已建的一些桁架拱橋受到了損壞，在使用上出現了問題。為了確保交通順暢，對這些橋梁進行病害及成因分析進而進行維護和加固是目前的首要任務。因此，這一系列舊橋病害研究對我國乃至世界的橋梁設計有著深遠的影響和重大的幫助。

一、鋼筋混凝土桁架拱橋常見病害

(一)混凝土開裂

在橋梁結構中，混凝土梁體的開裂是一種常見的現象[2]。對于混凝土的開裂，裂縫可分為梁頂、底板開裂、腹板裂紋和齒板裂紋等[3]。根據形成因素可歸結為結構性裂縫和非結構性裂縫。結構裂縫是指混凝土在極限應變作用下的開裂現象。寬度與外荷載的作用有緊密關系。非結構性裂縫一般是指由于結構本身約束的限制而引發的開裂。經試驗可以發現混凝土收縮、徐變和溫差都是引起非結構性裂縫的因素。

(二)鋼筋銹化

如果在施工中，質量沒有得到很好的控制，加固的橋梁結構就會生銹，鋼筋應力區域減小，結構的承載能力就會降低，從而降低了鋼筋材料的耐久性，而體積膨脹則會導致混凝土或混凝土砌塊的開裂[4]。混凝土開裂后，混凝土保護層下的鋼筋暴露在空氣中，開始產生惡性循環。當混凝土保護層厚度不足[5]，也會對鋼結構的混凝土結構破壞的重要原因，環境的pH值等表面缺陷會造成鋼結構的腐蝕，鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土桁架拱橋的結構是一種最具破壞性的因素。

(三)橋梁構造物病害影響

1.橋梁伸縮縫帶來的影響。伸縮縫裝置通常位于梁端相對脆弱的部位。它受橋面溫度變化和車輛荷載的影響，其結果就是會引起橋梁的膨脹變形[6]。很容易被損壞和堵塞。甚至有時橋面板的滲透腐蝕會導致梁主體結構的腐蝕和支撐的加固[7]。其常見病害可概括為：老化、脫落、節理活動異常和錨固構件損傷。當槽內填充其他硬體，不易變形，結構件凹陷或突出。

2.橋梁墩臺、支座造成的病害。動支座可保證橋梁上部結構自由形變(旋轉或移動)，如果雜物進入，或內部鋼筋銹化，支座螺母的松動或者斷裂[8]，軸承上螺栓脫落，支座滑動面粗糙，橡膠支座老化，都會使橋梁上部結構的能力會失去自由膨脹。

(四)橋面鋪裝病害

橋面鋪裝破損已嚴重危害了公路橋梁的健康運營。特別是近年來車輛的增加，出行率的提高，再加上超載車輛的損傷效應，使混凝土鋪裝層開裂現象愈發明顯[9]。又由于過去設計的橋面鋪裝層太薄且鋪裝層中配筋很少，致使其難以抵抗荷載作用，就會影響橋梁的使用壽命，鋪裝層主要病害是鋪裝層的縱向、橫向和網狀出現裂縫，或鋪裝層剝落。

二、對這些病害成因的討論與研究

(一)梁、柱等主要承重構件中產生的裂縫

在施工階段和使用階段都有著裂縫產生，混凝土裂縫可分為微觀裂紋和宏觀裂紋[8](裂紋是指在混凝土的開裂荷載或不低于混凝土的微小裂紋，受混凝土收縮等主要影響因素；混凝土裂縫的主要的塑性變形是指在各種荷載作用下的可見裂紋，往往出現在結構表面、縱向、橫向或者直接貫穿內部等，與結構應力分布有直接關系)，它對桁架拱橋的危害主要有：1.加速混凝土碳化；2.天氣情況惡劣時，混凝土耐腐蝕性會受到考驗，特別是當雨水沿裂縫滲入混凝土時，混凝土的強度降低；3.不利于橋梁結構的穩定性，不僅是影響橋梁結構的外在、正常工作和使用年限，長期性的裂縫滲透可能會使橋梁整體崩塌。

(二)主拱圈病害分析

若在設計初期桁架拱橋只是為了外形的輕巧而縮節建筑材料，導致混凝土結構的低強度并且配筋稀少，做出的主拱圈截面不夠大，輕視了主拱圈在施工過程和未來的工作中的重要性，導致主拱圈承載力嚴重不足，偏載情況會對橋中部分的拱圈產生剪切作用，導致橫系梁起不到抗剪目的，縱向裂縫就會出現在主拱圈附近，嚴重時還會造成工程事故。

(三)橋面鋪裝層的病害分析

據網上多年來的調研分析，混凝土橋面鋪裝層受到破壞比例占公路橋涵總體受損比例在爬升，隨之維修費用也逐年加大。眾所周知設計橋面鋪裝層是維護橋面板，增強它的耐久性和工作年限[10]，因此，設計橋面鋪裝層是為了控制裂縫的產生和找出合適的鋪裝層厚度。

三、總結

(1)當前鋼筋混凝土桁架拱橋還存在其他的病害，造成混凝土開裂、內部鋼筋銹蝕、橋面鋪裝層損壞、橋梁伸縮縫和墩臺支座病害的原因也不止上述部分，還有如設計理論的不合理、使用年限太長、地質構造復雜等因素；另外，須重視普遍拱橋中下部墩臺和基礎的不均勻沉降現象。(2)對桁架拱中的主要受力構架要配置足夠的鋼筋，或預應力筋，來減少裂縫。(3)對已建成的桁架拱橋要定期檢測，加強養護管理來保證其安全地持續性運行。(4)通過對桁架拱橋的常見病害的認知和分析，希望能對該類型橋的維修加固有一定的幫助。目前，混凝土桁架拱橋在全國范圍都有廣泛使用。對于病害的防治，也應得到工程人員的關注，廣泛使用的解決方法在上述文中已經闡明。總而言之。質量好的工程建設，才有利于人民生活的發展，才能促進交通，達到互惠互利的目的。