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公路舊橋常見結構梁體裂縫這一病害的檢測要點及成因分析

作者:中交路橋

橋梁是公路建設中用于跨越構造物的結構,目前大陸橋梁多為鋼筋混凝土和預應力混凝土結構。

随着道路交通量的增加,車輛超限、超載屢禁不止,以及不可逆轉的車輛大型化發展趨勢,造成橋梁在投入營運一段時間後就出現嚴重下撓、開裂等病害,結構安全性降低,影響橋梁的正常使用。

公路舊橋常見結構梁體裂縫這一病害的檢測要點及成因分析

一、裂縫的概念及危害

裂縫是固體材料中的某種不連續現象,裂縫按形狀分為,表面的、貫穿的、縱向的、橫向的、斜向的、上寬下窄、下寬上窄、棗核形和縱深的(深度達厚度一半),裂縫的形狀與結構受力狀态有直接關系。

從近代固體強度理論的發展中可以看到,裂縫的擴充是結構破壞的初始階段,相對的某些裂縫,也會使結構承載力受到一定威脅,同時,裂縫使空氣等進入結構内部,直接與鋼筋相接觸,進而使鋼筋失去了混凝土對其保護作用,鋼筋鏽蝕産生膨脹效應,對外圍混凝土産生相當大的拉應力,緻使混凝土裂縫進一步擴張,嚴重影響鋼與混凝土之間的粘結作用,進而影響結構的整體性,降低結構剛度和承載能力,并影響結構的耐久性。

公路舊橋常見結構梁體裂縫這一病害的檢測要點及成因分析

二、幾種常見結構裂縫的檢測要點及成因分析

1、簡支空心闆梁

⑴、鋼筋混凝土闆梁:梁底橫向裂縫及腹闆豎向裂縫是常見病害,裂縫主要分布在跨中附近,裂縫較密,腹闆裂縫表現為下寬上窄,嚴重的會向上延伸到翼緣。

此類結構在荷載作用下梁底産生正彎距,梁底拉應力大于混凝土本身的抗拉強度,是以會出現橫向裂縫。

⑵先張預應力混凝土闆梁:主要病害類型為梁端底部有橫向裂縫,裂縫會向上延伸至闆梁腹闆,形成支座附近腹闆斜裂縫。

産生此類病害的原因是多方面的,比如在設計階段預應力失效長度設定不當會導緻構件不能更好的抵抗自重及活荷載的彎矩,梁端位置彎矩在梁底産生的拉應力 過大而産生橫向裂縫,當闆梁梁底橫向裂縫發展到一定深度時,該位置處混凝土截面有效抗剪面積減小,使剪應力增大,便出現了腹闆斜裂縫。

即闆梁所出現的闆底橫向裂縫及腹闆斜裂縫是由彎矩引起的,剪力加快了裂縫的發展,屬于典型的彎剪破壞。

⑶後張預應力混凝土闆梁:梁底縱向裂縫是此類結構的典型病害。主要原因有兩點:

其一,由于泊松效應,在混凝土縱向受壓時,在橫向産生拉應力,拉應力過大導緻闆梁底縱向裂縫;

其二,後張法預應力混凝土闆梁張拉時,闆梁會産生反拱,而預應力鋼筋是柔性受拉的,會保持直線,而底闆預應力鋼筋下部的混凝土向上變形,預應力鋼筋必然對其産生壓應力,由于底闆空心最下緣位置較薄,較容易在此處産生裂縫。

2、梁

對于鋼筋混凝土T梁,梁體裂縫主要表現為腹闆豎向裂縫、支座附近腹闆斜裂縫。

跨中附近腹闆豎向裂縫一般分布在跨中附近,間距較小,裂縫從底部向上發展,下寬上窄,嚴重的向上延伸整個腹闆高度,向下水準貫通梁底而形成U型裂縫,主要是荷載導緻的混凝土開裂;

支座附近腹闆斜裂縫一般是T梁端部抗剪能力不足而産生的裂縫,裂縫走向與梁體縱軸線成45°角。

對于預應力混凝土T梁,腹闆的縱向水準裂縫比較普遍,裂縫一般沿波紋管走向,梁端位置随波紋管向上彎起,産生此類裂縫的主要原因是波紋管壁外混凝土保護層厚度不足造成的。

3、箱梁

鋼筋混凝土箱梁的梁體裂縫較為普遍,主要有底闆橫向裂縫、腹闆豎向裂縫及翼闆橫向水準裂縫。

裂縫寬度一般很小,間距較小,結構一般不受損傷。

産生裂縫的機理主要是由于混凝土抗拉能力不足,導緻處于正彎矩區的梁底部和負彎矩區的梁體出現裂縫。此外,混凝土收縮徐變效應也是緻裂的主要原因之一。

預應力混凝土箱梁結構裂縫,按照裂縫産生的位置不同,可以分為:腹闆裂縫、底闆裂縫、橫隔闆裂縫、0#塊裂縫和錨固區裂縫。

⑴腹闆裂縫

腹闆裂縫根據其産生形态主要分為斜向裂縫、縱向水準裂縫兩種。

①腹闆斜向裂縫屬結構性裂縫,主要分布于距支座L/4(L為跨度)附近的腹闆,邊跨梁端腹闆區域,約呈45°角分布,主要有彎剪斜裂縫和腹剪斜裂縫兩種。

②腹闆縱向水準裂縫大部分沿着腹闆下緣的預應力管道分布,且跨中開裂趨勢大于梁端。

主要原因是:箱梁變形在梁體内部受到鋼筋、波紋管、骨料等的限制作用時,在混凝土内部産生了較大的拉應力,這種拉應力與預加外應力平衡後在梁的各腹闆、各截面産生了重分布,當重分布後的拉應力超過混凝土的抗拉強度時即可造成混凝土産生裂縫。

⑵底闆裂縫

底闆裂縫從形狀上主要為橫向裂縫、縱向裂縫兩種。

① 底闆橫向裂縫:在箱梁正彎矩峰值附近,節段施工的梁橋沿接縫或在其附近,由于彎曲正應力引起的底闆彎曲裂縫一般會貫穿底闆全寬,嚴重時底闆裂縫擴充延伸到腹闆,形成U形裂縫。

底闆橫向彎曲裂縫屬結構性裂縫,出現的一些原因包括:預應力布設不當,跨中底闆預應力儲備不足;預應力張拉不到位或營運中超重車輛過多或對二期恒載估計不足導緻配筋或截面不足。

②底闆縱向裂縫:在工程上常見于主跨中部,近墩處底闆中部和兩側。其産生的主要原因為:箱梁的橫向剛度不足,橫向撓度過大會在底闆引起縱向裂縫。

⑶塊裂縫

在大跨徑橋梁施工過程中,往往是開始階段施工的塊段容易開裂,即0#塊比其他塊段更容易出現開裂現象,裂縫主要是施工階段,由于0#塊應力較大産生的混凝土内部裂縫逐漸擴散到結構表面。

⑷ 橫隔闆裂縫

橫隔闆是高應力區域,特别是位于墩頂和梁端的橫隔闆,荷載産生的應力更大。

橫隔闆裂縫主要表現為闆上的豎向、橫向裂縫,人孔四周的輻射狀裂縫。應力集中、混凝土的幹縮以及箱梁偏載導緻應力過大是緻裂的主要原因。

⑸ 錨固區裂縫

錨固區裂縫主要是因為混凝土強度不夠,錨固端壓力過大,引起混凝土開裂。

中交路橋科技有限公司橋梁檢測所是從事橋梁檢測的機構。我所擁有光電撓度儀、 數顯裂縫測寬儀、超音波裂縫測深儀、DASP2003振動信号采集分析儀、HY-65B3000B數位表面應變傳感器等檢測裝置,并配備有多年檢測經驗的技術人員,保證了橋梁檢測結果的真實與準确。承接橋梁外觀普查、橋梁動靜載荷試驗檢測、橋梁施工監控、橋梁CT、大件運輸橋梁臨時支護以及孔道摩阻系數檢測等。

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部分橋梁檢測案例

1、内蒙古高等級公路建設開發有限公司26座橋梁靜載試驗檢測;

2、新疆木紮提河三級水電站1、2、3号橋、4号臨時橋靜荷載試驗檢測;

3、張家口橋梁靜載荷試驗檢測;

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5、内蒙古國道110線立交橋竣工驗收試驗檢測;

6、内蒙古包茂黃河一、二橋靜載試驗檢測。

7、平山野河大橋靜載試驗檢測。

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