大跨徑梁橋的病害原因及其對(duì)策研究

成海軍 張海君

目前我國(guó)已建橋梁約有34萬座，其中以梁式橋居多，大跨徑梁式橋已在我國(guó)大量修建。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界排名前十的大跨徑梁式橋中，我國(guó)有5座，而跨徑330 m的重慶石板坡長(zhǎng)江大橋跨徑位居世界第一。然而大量的大跨徑橋梁，在建成交付使用后不久，便出現(xiàn)了一些病害。較常見的病害概括起來有兩大類:1)梁體跨中下?lián)?2)梁體開裂。尤其是跨徑100 m以上的梁橋，病害較多。由此可見，探討大跨徑梁橋的病害原因及其預(yù)防對(duì)策十分必要。本文通過大量的資料調(diào)查，總結(jié)了我國(guó)現(xiàn)有大跨徑梁橋存在的主要問題，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了產(chǎn)生這一主要問題的主要原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策。

1 大跨徑梁橋病害產(chǎn)生的原因及對(duì)策

1.1 梁體下?lián)?/h3>

1.1.1 梁體下?lián)系脑?/p>

1)跨徑的增大，使梁體跨中彎矩增加，撓度增大。隨著現(xiàn)代橋梁跨徑的不斷增大，梁體由于恒載引起的跨中彎矩也在增加，相應(yīng)的跨中撓度也在增大。2)混凝土的徐變。混凝土徐變是梁橋下?lián)系闹匾蛑弧＝陙?，隨著橋梁跨徑的不斷增大，為減小恒載內(nèi)力，橋梁結(jié)構(gòu)越來越輕型化，這樣混凝土構(gòu)件的理論厚度也就相應(yīng)減小，其徐變系數(shù)增大，由徐變引起的撓度也在增加。3)預(yù)應(yīng)力損失過大。預(yù)應(yīng)力損失過大，會(huì)導(dǎo)致梁體受拉部位出現(xiàn)開裂，影響梁體的承載能力，使梁體的下?lián)隙仍龃蟆?)預(yù)拱度設(shè)置不足。支架受載后將產(chǎn)生彈性和非彈性變形，橋梁上部結(jié)構(gòu)在自重作用下會(huì)產(chǎn)生撓度，為了保證橋梁竣工后尺寸的準(zhǔn)確性，在施工時(shí)要求支架須設(shè)置一定數(shù)值的預(yù)拱度。如果預(yù)拱度不足，則梁體呈下?lián)馅厔?shì)。5)部分活載也會(huì)產(chǎn)生徐變撓度。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，徐變撓度計(jì)算只針對(duì)恒載。但在繁忙交通的路段上，橋上車流日夜不斷，部分活載實(shí)際也成了“恒載”，也會(huì)產(chǎn)生徐變撓度，導(dǎo)致下?lián)隙仍龃蟆?)梁體開裂，撓度加大。梁體在下?lián)系耐瑫r(shí)會(huì)開裂，不論是斜裂縫或橫向裂縫，都會(huì)導(dǎo)致梁的剛度降低，撓度加大，尤其是在有較嚴(yán)重的斜裂縫和豎向裂縫時(shí)，其撓度加大更明顯。

1.1.2 梁體下?lián)系念A(yù)防對(duì)策

1)保證足夠的正截面和斜截面強(qiáng)度。鑒于跨中下?lián)贤c豎向裂縫和斜裂縫一起發(fā)生，相互促進(jìn)惡化，因此保證梁有足夠的正截面強(qiáng)度和斜截面強(qiáng)度是首要的，計(jì)算時(shí)也要充分考慮徐變的不利影響。2)控制負(fù)彎矩區(qū)域截面的應(yīng)力梯度。如果梁的正截面和斜截面強(qiáng)度得到保證，而且截面應(yīng)力梯度小，不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)下?lián)吓c開裂。在這樣的前提下，只需設(shè)較小的預(yù)拱度，以抵消預(yù)應(yīng)力徐變損失以及由合龍后混凝土徐變引起的徐變撓度。3)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制線性，控制梁的自重，控制預(yù)應(yīng)力張拉等。另外采用真空壓漿，漿體必須滿足泌水性的要求，重視并及早進(jìn)行工地的預(yù)應(yīng)力損失試驗(yàn)等[7]。4)跨中區(qū)段結(jié)構(gòu)輕型化。橋墩附近的荷載(自重)對(duì)截面應(yīng)力的影響不大，而跨中的荷載對(duì)截面的應(yīng)力影響很大，所以，減輕跨中梁段的重量，可以減小截面應(yīng)力，從而降低梁體下?lián)隙取?)設(shè)計(jì)時(shí)要控制梁的恒載撓度。從目前的認(rèn)識(shí)看，施工過程梁的最大彈性下?lián)喜粦?yīng)超過 L/3 000，而梁合龍以后的最大下?lián)喜粦?yīng)超過 L/1 400，而且在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采用更小的值[7]。

1.2 梁體開裂

梁體開裂包括梁上出現(xiàn)斜裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土劈裂、橫隔板裂縫以及齒板裂縫等。下面只討論斜裂縫。

1.2.1 斜裂縫產(chǎn)生的原因

1)不配彎起筋或彎起筋不足。從20世紀(jì)90年代，在箱梁橋的設(shè)計(jì)中，較普遍地取消彎起束，而用縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力來克服主拉應(yīng)力。這樣做方便施工，可以減薄腹板的厚度，但豎向預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度短，預(yù)應(yīng)力損失大，有效預(yù)應(yīng)力不易得到保證。2)作為平面問題分析，主拉應(yīng)力偏小。設(shè)計(jì)中通常僅從縱向和豎向二維來分析主拉應(yīng)力，沒有考慮橫向的影響。不考慮橫向應(yīng)力的影響，必然使計(jì)算的主拉應(yīng)力值偏小。此外，由于采用箱形截面，扭轉(zhuǎn)、翹曲、畸變也會(huì)使腹板中的剪應(yīng)力加大，從而增大主拉應(yīng)力[9]。3)腹板偏薄，配置普通鋼筋偏少。在適當(dāng)?shù)牟课?如支座附近)加大腹板厚度，增加普通鋼筋的數(shù)量，有助于斜截面抗剪，防止斜裂縫的出現(xiàn)。4)豎向預(yù)應(yīng)力施工操作不規(guī)范，誤差大，有效預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重不足，特別是采用精軋螺紋鋼，有的豎向預(yù)應(yīng)力筋甚至松動(dòng)，根本沒有張拉力。

1.2.2 梁體開裂的預(yù)防對(duì)策

1)保證有足夠的斜截面強(qiáng)度。要保證斜截面的強(qiáng)度，就必須對(duì)斜截面進(jìn)行正確的配筋計(jì)算，合適地配置彎起筋和箍筋。2)采用三維分析箱梁的主拉應(yīng)力。由于箱形截面會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、翹曲和畸變變形，會(huì)加大腹板中的剪應(yīng)力，從而增大主拉應(yīng)力。按三維進(jìn)行分析，可以避免因計(jì)算主拉應(yīng)力過小而導(dǎo)致設(shè)計(jì)截面強(qiáng)度不足，截面破壞。3)必須配置彎起束，同時(shí)也應(yīng)配置豎向預(yù)應(yīng)力束。配置預(yù)應(yīng)力束時(shí)，必須充分考慮預(yù)應(yīng)力損失。對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力束，應(yīng)采用二次或多次張拉，確保其有效預(yù)應(yīng)力。4)增加普通筋和箍筋的數(shù)量。適當(dāng)增加腹板特別是根部區(qū)段腹板的厚度及其普通鋼筋含量，加密箍筋，即便開裂也可將裂縫控制在較小的范圍內(nèi)。5)須按腹板豎向拉應(yīng)力大小配箍筋。混凝土箱梁的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮由箱梁畸變及橫向彎曲引起的腹板豎向應(yīng)力，在設(shè)計(jì)時(shí)各截面的箍筋不能按構(gòu)造配筋，須按腹板豎向拉應(yīng)力大小進(jìn)行配筋。6)嚴(yán)格控制超載。超載容易造成混凝土拉應(yīng)力超限，控制超載是防止梁橋開裂的重要措施。7)混凝土養(yǎng)護(hù)。采取有效的混凝土保溫、防止混凝土水分蒸發(fā)措施，研究制定專門的混凝土梁橋的施工規(guī)范，防止混凝土梁橋早期開裂。

2 結(jié)語

1)梁體下?lián)现饕怯捎诟鞣N荷載(恒載和活載)的長(zhǎng)期作用，加之混凝土的徐變以及預(yù)應(yīng)力損失過大，造成梁體受彎，跨中下?lián)?。因此，控制恒載、活載比例，保證有效預(yù)應(yīng)力和足夠的預(yù)拱度值，是減小梁體下?lián)系挠行Т胧?)斜裂縫主要是由斜截面強(qiáng)度不足引起。合理配置彎起筋、箍筋以及豎向預(yù)應(yīng)力筋，嚴(yán)格控制超載，是減少斜裂縫的有效方法。3)文中提出了一些防止出現(xiàn)梁體跨中下?lián)霞靶绷芽p的方法。然而，橋梁出現(xiàn)種種病害，往往是多種因素綜合造成的。因此，必須做好橋梁的設(shè)計(jì)和施工中的每一個(gè)工序和細(xì)節(jié)，并對(duì)橋梁在整個(gè)生命周期進(jìn)行有效的維護(hù)管理，才能保證大橋的質(zhì)量和正常使用。

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