混凝土橋梁裂縫分析與處治對(duì)策
2017-06-05
1.混凝土橋梁裂縫分析
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴(kuò)展引起。引起裂縫的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，根據(jù)裂縫位置、形狀等表現(xiàn)形式可將其分為兩大類：一是由外荷載引起的結(jié)構(gòu)性受力裂縫，與外荷載的作用大小、位置有關(guān)，常預(yù)示著結(jié)構(gòu)承載力的相對(duì)不足；二是環(huán)境因素引起的裂縫，這類裂縫又可分為直接環(huán)境因素引起的裂縫和間接環(huán)境因素引起的裂縫。
1.1外荷載引起的受力裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，承受拉(軸)力和彎矩的構(gòu)件在橫截面上有一維的拉應(yīng)力，承受剪應(yīng)力和扭矩的構(gòu)件，或二維和三維結(jié)構(gòu)有主拉應(yīng)力，這些構(gòu)件都將出現(xiàn)垂直于主拉應(yīng)力方向的裂縫。對(duì)于常見的混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)來說，常見的受力裂縫有受彎裂縫、受剪裂縫兩大類，不同裂縫的出現(xiàn)位置、形狀、成因各不相同。
1.1.1受彎裂縫
混凝土簡支梁受彎裂縫主要是由于主梁抗彎承載力相對(duì)不足引起：一是結(jié)構(gòu)先天性設(shè)計(jì)承載力不足，不能滿足橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求；二是滿足橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的主梁結(jié)構(gòu)承載力相對(duì)于日益增大的使用荷載顯得不足，如橋梁上有超限車輛通行時(shí)。受彎裂縫一般出現(xiàn)于梁跨中部位，沿截面豎直向上發(fā)展，一般情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻，不影響橋梁正常使用。若裂縫寬度過大，則預(yù)示主梁抗彎能力不足，此種情況常伴隨主梁撓度過大，且發(fā)生顯而易見的塑性變形，反應(yīng)在橋面上可能有下沉現(xiàn)象。
1.1.2受剪裂縫
混凝土簡支梁根據(jù)跨高比或剪跨比的不同，有三種受剪破壞形態(tài)：剪壓破壞、斜壓破壞和斜拉破壞。其中，斜壓破壞和斜拉破壞均屬脆性破壞，不允許發(fā)生，一般在設(shè)計(jì)中采取措施防止二者發(fā)生，換言之，若橋梁在正常設(shè)計(jì)使用荷載下發(fā)生了斜壓或斜拉破壞，則主梁的設(shè)計(jì)一定是不合格的。剪壓破壞中，彎剪鋼筋和箍筋首先屈服，斜裂縫發(fā)展而呈使結(jié)構(gòu)呈塑性破壞，有明顯征兆，是結(jié)構(gòu)所能接受的破壞形式。當(dāng)主梁截面尺寸過小，腹筋配置過多時(shí)，混凝土首先被壓碎而發(fā)生斜壓破壞，梁上出現(xiàn)多條平行斜裂縫。實(shí)際中，有時(shí)因超限車輛荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)使用荷載，而造成主梁截面尺寸相對(duì)較小，使得該種破壞也時(shí)有發(fā)生。
當(dāng)梁內(nèi)配置腹筋過少時(shí)，將發(fā)生斜拉破壞。此種情況下，斜裂縫一旦出現(xiàn)，很快形成臨界斜裂縫，并迅速伸展到受壓邊緣，將梁拉斷破壞。剪壓破壞發(fā)生時(shí)，首先出現(xiàn)少量垂直裂縫和細(xì)微斜裂縫，隨著荷載的增加，出現(xiàn)臨界裂縫，荷載繼續(xù)增加，引起與斜裂縫相交的腹筋屈服。
1.2環(huán)境因素引起的裂縫
1.2.1直接環(huán)境因素裂縫
直接環(huán)境因素裂縫主要有兩類：溫度裂縫和收縮裂縫。
混凝土結(jié)構(gòu)在溫度變化時(shí)發(fā)生熱脹冷縮變形，變形受到約束時(shí)即產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力達(dá)到混凝土極限抗拉強(qiáng)度就會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。此類裂縫發(fā)生在梁板上通常平行于短邊，發(fā)生在如橋面鋪裝等大面積結(jié)構(gòu)上時(shí)多表現(xiàn)為縱橫交錯(cuò)，當(dāng)橋梁伸縮縫受到堵塞而不能自由伸縮變形時(shí)，會(huì)使橋面產(chǎn)生大面積開裂。
收縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫，多發(fā)生在混凝土表面，裂縫淺而細(xì)，寬度多在0.05～0.2mm之間。
溫度裂縫和收縮裂縫一般在設(shè)計(jì)中或施工中通過構(gòu)造措施或材料配比進(jìn)行控制，使用中一般不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力造成影響，但會(huì)間接的影響結(jié)構(gòu)的耐久性。
1.2.2間接環(huán)境因素裂縫
此類裂縫主要有鋼筋銹蝕裂縫和堿骨料反應(yīng)裂縫。當(dāng)有水分浸入混凝土內(nèi)部時(shí)就會(huì)破壞鋼筋鈍化膜進(jìn)而引起鋼筋銹蝕，鋼筋因銹蝕膨脹引起表面混凝土開裂，鋼筋銹蝕裂縫一般沿順筋方向。當(dāng)混凝土保護(hù)層較薄時(shí)，就會(huì)引起混凝土大片脫落堿骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿與骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿-硅酸鹽凝膠，吸水后體積膨脹，引起混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)竣工數(shù)年之后(5~10年)，其自損危害較大，一旦發(fā)生則很難控制，對(duì)混凝土耐久性破壞相當(dāng)嚴(yán)重，有時(shí)稱為混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。骨料膨脹裂縫一般發(fā)生在淺層，呈網(wǎng)狀或放射狀，裂縫交匯點(diǎn)為骨料膨脹點(diǎn)。
堿骨料反應(yīng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是混凝土的局部膨脹，裂縫兩邊緣出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。另外，對(duì)于同一結(jié)構(gòu)而言，潮濕部位出現(xiàn)裂縫，而干燥部位則安然無恙。
2.混凝土橋梁裂縫處治
根據(jù)以上對(duì)混凝土橋梁的裂縫分析，就可在實(shí)際中分辨出裂縫的具體類型，然后根據(jù)裂縫情況，對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)處治對(duì)策。
2.1規(guī)范規(guī)定裂縫限值
交通部04版規(guī)范及建設(shè)部城市橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范均對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的最大寬度裂縫進(jìn)行了限值規(guī)定：
I類(一般環(huán)境)和II類(嚴(yán)寒、濱海環(huán)境)環(huán)境0.20mm
III類(海水環(huán)境)和IV類(侵蝕環(huán)境)環(huán)境0.15mm
2.2裂縫處治對(duì)策
在采取裂縫處治前，需對(duì)裂縫的寬度、深度進(jìn)行測量，裂縫寬度的測量較簡單，采用一般的刻度放大鏡或?qū)挾葴y量工具即可，裂縫深度的測量對(duì)于淺層裂縫可在其中注入酚酞溶液測量，對(duì)于較深裂縫則需用超聲波探測儀測量。
2.2.1對(duì)裂縫進(jìn)行跟蹤觀測、記錄
若裂縫發(fā)展嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并制定維修加固方案；若裂縫較穩(wěn)定且在限值以內(nèi)，宜采用涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行封閉；若裂縫穩(wěn)定但寬度為0.2mm～1mm，宜采用環(huán)氧樹脂漿液低壓灌漿封閉裂縫；若裂縫穩(wěn)定但寬度大于1mm時(shí)，宜用低壓環(huán)氧樹脂漿液或高強(qiáng)微膨超細(xì)水泥漿液灌注，必要時(shí)進(jìn)行加固。
2.2.2環(huán)境因素引起的裂縫
對(duì)于溫度裂縫和收縮裂縫，可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行封閉，以避免水分侵入，提高橋梁耐久性。（下轉(zhuǎn)第157頁）（上接第200頁）對(duì)于鋼筋銹蝕裂縫，可鑿除裂縫周圍松散混凝土，露出新茬后打磨銹蝕鋼筋，界面涂黏合劑后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。
對(duì)于堿骨料反應(yīng)裂縫，若裂縫發(fā)展較多已形成剪錐體時(shí)，應(yīng)將錐體敲掉后打磨銹蝕鋼筋，涂刷界面黏合劑后用同標(biāo)號(hào)混凝土修補(bǔ)；若裂縫較輕，可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液封閉裂縫，以隔絕水分或潮氣減緩病害發(fā)展。若病害很嚴(yán)重，維修加固不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可更換結(jié)構(gòu)或拆除重建。
3.結(jié)論
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的及時(shí)、有效處治是進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容，是提高橋梁耐久性、延長使用壽命的重要手段。對(duì)裂縫性狀的合理分析是采取正確處治措施的前提和基礎(chǔ)，希望本文能夠拋磚引玉，引起大家對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的關(guān)注，提高對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認(rèn)識(shí)和理解，為橋梁的合理有效養(yǎng)護(hù)提供借鑒。
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