基于大連疏港東橋的鋼筋混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)病害分析

畢琛

摘? ? 要：大連疏港東橋完工于1995年，橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽-超20級(jí)，至對(duì)其采取評(píng)定、加固時(shí)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)超過(guò)17年。根據(jù)實(shí)際使用的情況，橋梁整體病害情況嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了多處破損、裂紋和外表材料的脫落，影響了其使用功能。又由于該橋建成時(shí)間較早，設(shè)計(jì)規(guī)范早已進(jìn)行了更新，從安全和適用性兩方面考慮，急需進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，便于后續(xù)對(duì)橋梁進(jìn)行維修加固。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土梁橋;裂縫

1? 橋梁概況

大連疏港東橋全橋由主線、支I線、支II線三條路線組成，均為鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁，全長(zhǎng)約3.2km。其中，主線和支II線均設(shè)計(jì)為雙向4車道，橋面寬度17.5m;支I線采用單向2車道的分離式橋面設(shè)計(jì)，單幅橋?qū)?.5m。

上部結(jié)構(gòu)以現(xiàn)澆形式混凝土箱形梁為主，主線橋的其中130m采用混凝土小箱梁的形式。全橋基本采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只有極少數(shù)橋梁施加了預(yù)應(yīng)力以滿足承載能力的要求。上部結(jié)構(gòu)混凝土材料為C30。

2? 上部結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土橋梁的上部結(jié)構(gòu)使其主要承載部分，由于其直接承受汽車荷載的作用，一旦發(fā)生病害對(duì)橋梁整體使用性能的影響最為直接，減少橋梁的使用壽命。梁式橋的上部結(jié)構(gòu)分為主梁和支座系統(tǒng)，其病害分析敘述如下。

2.1? 上部結(jié)構(gòu)混凝土

混凝土作為一種耐久性材料，在中小橋被廣泛采用。在周圍環(huán)境的影響下，材料內(nèi)部細(xì)觀構(gòu)造會(huì)發(fā)生破壞;混凝土受各種物理和化學(xué)變化，會(huì)發(fā)生各種結(jié)構(gòu)變化，從而產(chǎn)生混凝土病害，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生安全事故，帶來(lái)人員財(cái)產(chǎn)損失?；炷敛『χ饕殖蓛煞N情況，一種情況是表面缺陷，包括蜂窩、麻面、外表開(kāi)裂、爛根、鋼筋露出、空洞、水紋、接縫不平等;另一種情況是裂縫，包括外力荷載引起的裂縫和非外力荷載引起的裂縫。對(duì)不同混凝土病害進(jìn)行分析如下：

（1）蜂窩麻面。橋梁產(chǎn)生蜂窩麻面是以下原因造成的：

①設(shè)計(jì)原因。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的時(shí)候配筋太密，沒(méi)有給振搗留足空間，導(dǎo)致振搗不均，產(chǎn)生蜂窩。

②施工原因。施工時(shí)模板松動(dòng)、位置不當(dāng)引起蜂窩麻面或者形成密集氣泡而形成的蜂窩麻面;混凝土施工時(shí)缺少充分的振搗。

（2）表面裂紋。在施工后，橋梁表面出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，通常不連續(xù)，長(zhǎng)度比較小（30cm內(nèi)），寬度則小于0.2mm。表面裂紋的產(chǎn)生可能和混凝土硬化時(shí)，內(nèi)外溫度不均，導(dǎo)致出現(xiàn)表面裂紋。

（3）露筋。露筋即鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋直接裸露在外。發(fā)生這種狀況的原因有鋼筋位置不當(dāng)，沒(méi)有采用合理的鋼筋保護(hù)措施，導(dǎo)致鋼筋和模板有接觸;施工時(shí)鋼筋綁扎不牢固，導(dǎo)致澆筑混凝土?xí)r鋼筋位置改變，從而露筋;發(fā)生漏振，或是振搗沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求，導(dǎo)致出現(xiàn)蜂窩，從而露筋。

（4）空洞?？斩粗富炷羶?nèi)部空洞現(xiàn)象。發(fā)生這種狀況的原因：鋼筋布置過(guò)密，混凝土未進(jìn)行振搗，卡住產(chǎn)生空洞;施工時(shí)一次下料過(guò)多，過(guò)厚或者過(guò)高，導(dǎo)致振搗不均或者振搗不到，從而產(chǎn)生空洞。

（5）接縫不平。施工中荷載作用導(dǎo)致的接縫不平。

（6）外力荷載引起的裂縫。由外荷載引起的裂縫，被稱之為結(jié)構(gòu)性裂縫[28]，裂縫的大小與外力荷載大小相關(guān)。對(duì)于外力荷載引起的裂縫一般分為彎曲裂縫和剪切裂縫。

①?gòu)澢芽p。彎曲裂縫是受到彎矩而產(chǎn)生的裂縫，一般產(chǎn)生在拉應(yīng)力過(guò)大的地方。對(duì)于簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁，跨中下緣受到的彎矩最大，裂縫從下緣底端往上發(fā)展。在連續(xù)梁支座附近，梁的上緣會(huì)產(chǎn)生裂縫，裂縫從上緣頂端往下發(fā)展。②剪切裂縫。剪切裂縫是指受到剪力或者彎矩和剪力組合下而產(chǎn)生的裂縫。對(duì)于簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁，剪力較大的地方是支點(diǎn)地方，產(chǎn)生裂縫方向是梁下緣與梁軸線30°～50°的方向。在彎矩和剪力組合下受力最大的地方也容易產(chǎn)生裂縫，裂縫角度是梁下緣與梁軸線30°～50°位置，以跨中為對(duì)稱。

（7）非外力荷載引起的裂縫。非外力荷載引起的裂縫又叫非結(jié)構(gòu)裂縫，由于混凝土自身原因或者非外力荷載變形而引起的裂縫，其分類及產(chǎn)生原因如下。

①收縮裂縫。混凝土收縮形成的開(kāi)裂一般發(fā)生在構(gòu)件的外表，沿著梁、板的長(zhǎng)邊方向發(fā)展。這種裂縫一般在配筋多的地方產(chǎn)生或者含泥量大的時(shí)候產(chǎn)生，含泥量大的時(shí)候混凝土產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)。②溫度裂縫。溫度裂縫一般由于混凝土產(chǎn)生的內(nèi)外溫度差而導(dǎo)致混凝土變形而產(chǎn)生的裂縫。澆筑混凝土而產(chǎn)生的水泥水化放熱，大氣及周圍溫度，陽(yáng)光直射都會(huì)使混凝土產(chǎn)生內(nèi)外溫度差，出現(xiàn)冷熱變化時(shí)，即出現(xiàn)溫度應(yīng)力，導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生收縮或者膨脹，溫度應(yīng)力大于混凝土強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫。③地基變形產(chǎn)生的裂縫。由于地基發(fā)生不均勻沉降或者水平位移，從而使構(gòu)件產(chǎn)生附加應(yīng)力，附加應(yīng)力大于混凝土的拉力時(shí)，產(chǎn)生裂縫。地基變形主要原因有：勘查精度不夠，沒(méi)有充分了解構(gòu)件地基基礎(chǔ)的詳細(xì)資料，就開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，導(dǎo)致基礎(chǔ)變形的主要原因;結(jié)構(gòu)荷載差異較大;地基地質(zhì)條件差異大;地基凍脹產(chǎn)生的原因;施工不當(dāng)引起的裂縫。

2.2? 主梁結(jié)構(gòu)

主梁是橋梁的主要受力構(gòu)件，主梁發(fā)生病害會(huì)影響橋梁的使用性能和壽命。一般主梁的病害有裂縫、撓度過(guò)大、腐蝕破壞、斜橋發(fā)生橫向錯(cuò)位等。

（1）主梁裂縫。主梁裂縫主要產(chǎn)生于跨中、支座附近位置的梁側(cè)或梁底。裂縫產(chǎn)生的原因各不相同，其中跨中、支座附近兩側(cè)為結(jié)構(gòu)性裂縫，梁側(cè)及梁底為非結(jié)構(gòu)性裂縫?？缰辛芽p一般是跨中受彎或混凝土材料收縮形成，梁側(cè)裂縫是施工時(shí)分層澆筑時(shí)，澆筑間隔時(shí)間太長(zhǎng)產(chǎn)生的裂縫，梁底的裂縫一般是保護(hù)層不夠或者是摻入速凝劑過(guò)多導(dǎo)致的。

混凝土箱梁的主要裂縫形式有底板裂縫，腹板裂縫，頂板裂縫等。底板出現(xiàn)橫向裂縫，說(shuō)明彎矩應(yīng)力超過(guò)了混凝土抗拉限值，形成原因是收縮徐變等造成的損失和超載車輛的作用。底板出現(xiàn)縱向裂縫，多發(fā)生于跨中部位，跨度越大，裂縫越多。主要原因是梁體撓曲或者混凝土收縮。腹板上的豎向裂縫，多發(fā)生在腹板，跨度越大，裂縫越長(zhǎng)越寬?？赡墚a(chǎn)生原因是設(shè)計(jì)不當(dāng)，跨度較大，梁身過(guò)高，腹板過(guò)薄和分布鋼筋不足等。梁體施工質(zhì)量不良、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、溫度環(huán)境等因素也會(huì)引起裂縫。頂板縱向裂縫，在車輪作用下，頂板產(chǎn)生橫向彎曲應(yīng)力，當(dāng)橫向配筋不足時(shí)，形成縱向開(kāi)裂。

（2）主梁撓度過(guò)大。上部結(jié)構(gòu)主梁撓度過(guò)大的原因分析如下。①混凝土收縮和徐變。收縮和徐變是混凝土本身所固有的特性。混凝土徐變是可以持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間，一般在5～20年達(dá)到巔峰，但大部分在1～2年完成。但仍有在8～10年還有增長(zhǎng)趨勢(shì)，個(gè)別橋梁在16～20年徐變?nèi)杂性黾?。②荷載增加。荷載增加是一次性的，它會(huì)引起主梁撓度增大，但不會(huì)持續(xù)增大。③主梁剛度發(fā)生變化。橋梁結(jié)構(gòu)形成，主梁的剛度不變，引起主梁剛度發(fā)生改變應(yīng)該是截面發(fā)生變化，像主梁結(jié)構(gòu)斷面開(kāi)裂，則會(huì)使主梁剛度變小。

（3）腐蝕破壞。鋼筋混凝土橋梁暴露于自然情況下，受地理環(huán)境影響，加上其本身材料的性質(zhì)，發(fā)生化學(xué)作用就會(huì)發(fā)生腐蝕。

3? 小結(jié)

通過(guò)對(duì)大連疏港東橋的上部結(jié)構(gòu)的總結(jié)了鋼筋混凝土連續(xù)梁的病害，并分析了產(chǎn)生病害的原因。一座橋梁的病害是不同因素綜合作用相互耦合呈現(xiàn)的結(jié)果，且各部位之間的病害會(huì)相互影響，導(dǎo)致橋梁整體狀況惡化。在設(shè)計(jì)、施工時(shí)，要注意各個(gè)構(gòu)件按照規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行，保證設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，在運(yùn)營(yíng)階段，要對(duì)其進(jìn)行良好的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，盡早修理，增加其使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聞寶聯(lián)，涂光備，劉凱立等.鋼筋混凝土橋梁病害調(diào)查及維護(hù)研究[J].橋梁建設(shè)，2004（1）.

[2] 彭燦.在役橋梁可靠性評(píng)估及加固經(jīng)濟(jì)性分析[D].大連：大連理工大學(xué)，2018.