連續(xù)剛構(gòu)橋的主要病害及其成因機理分析

1、連續(xù)剛構(gòu)橋的主要病害及其成因機理分析科學(xué)之友friendofscienceamateurs2011年04月1概況連續(xù)剛構(gòu)橋的主要病害及其成因機理分析謝飛(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司,山西太原030012)摘要:連續(xù)剛構(gòu)橋是預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的一種較為新穎的橋梁體系,有其獨特的結(jié)構(gòu)特征和受力體系,受力合理,應(yīng)用廣泛,但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了跨中下?lián)虾土后w裂縫等缺陷,文章對連續(xù)剛構(gòu)橋的主要病害特征和產(chǎn)生病害的原因作了相應(yīng)的分析,并提出相應(yīng)的對策來減小橋梁的病害,旨在為工程技術(shù)人員在連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計和施工上提供參考.關(guān)鍵詞:連續(xù)剛構(gòu)橋;病害分析;病害對策中圖分類號:u448.23文獻標識碼:a文章編

2、號:10008136(2011)11007602連續(xù)剛構(gòu)橋梁體系是一種融合了t型剛構(gòu)與連續(xù)梁兩種橋梁體系優(yōu)點,摒棄兩者缺點的新的橋梁結(jié)構(gòu)體系.其起于國外20世紀60年代,我國第一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋(廣東洛溪大橋)于1988年建成,到了20世紀90年代,我國相繼修建了幾座大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋梁,屬于較為新穎的橋梁體系.2連續(xù)剛構(gòu)橋主要特點連續(xù)剛構(gòu)橋綜合了t型剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋的受力特點,為預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋型的一種,其主要構(gòu)造特點是主梁的連續(xù)梁與薄壁橋墩固結(jié)而成,它的梁部結(jié)構(gòu)受彎性能也與連續(xù)梁的受彎性能基本相似,且薄壁墩底部也會承受彎矩.而且,隨著墩高的逐漸增大,薄壁橋墩對上部梁體的嵌固作用越

3、來越弱,隨之梁體內(nèi)的軸力也相應(yīng)減小,另外,隨著嵌固作用的減弱順橋向抗推剛度將不斷減小,能有效減小混凝土收縮徐變,溫度等對橋梁的影響.除此之外,墩梁固結(jié),可以大大節(jié)省大型支座昂貴的費用,橋墩及基礎(chǔ)的工程量也會大大減少,另外,由于豎向構(gòu)件分配水平力按剛度比分配,柔性墩的使用改善了水平荷載作用下橋梁的受力性能.此外,連續(xù)剛構(gòu)橋還有以下優(yōu)點:隨著輕質(zhì),高強混凝土,大噸位錨具的使用等使上部構(gòu)造不斷輕型化;通過在導(dǎo)梁上合攏邊跨或與引橋的懸臂相連接實現(xiàn)合攏來取消邊跨合攏的落地支架;取消了彎起束和連續(xù)束,簡化了預(yù)應(yīng)力束類型,主要采用豎向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力來克服主拉應(yīng)力,方便了施工;由于其受力體系的合理性和高強

4、輕質(zhì)材料的使用使跨徑大大增大.3在役連續(xù)剛構(gòu)橋主要病害特征及其產(chǎn)生成因3.1主要病害特征盡管連續(xù)剛構(gòu)橋有以上所述的優(yōu)點,但隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的廣泛應(yīng)用,在橋梁的施工過程和使用過程中,普遍都出現(xiàn)了不同程度的病害.連續(xù)剛構(gòu)橋的主要病害有跨中下?lián)虾土芽p,例如,三門峽黃河公路大橋下?lián)?2em并發(fā)現(xiàn)多處斜裂縫,黃石大橋下?lián)线_到22.6em,大,鋪大橋跨中下?lián)线_到25.6em并在跨中發(fā)現(xiàn)橫裂縫,通過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)裂縫主要出現(xiàn)在箱梁的支座附近(橫向受力裂縫),頂?shù)装?縱向裂縫及橫向裂縫),邊一76一跨現(xiàn)澆段,跨中腹板(斜裂縫)等,這些缺陷的存在大大降低了連續(xù)剛構(gòu)橋的使用性能,如不能及時維護可能造成主體

5、結(jié)構(gòu)的破壞甚至有可能導(dǎo)致嚴重事故的發(fā)生.3.2產(chǎn)生撓度的原因分析連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)袭a(chǎn)生的主要原因可歸納為以下幾點:3.2.1計算模型尚不完善箱梁的溫度分布特征對箱梁的溫度應(yīng)力有較大的影響,很多橋梁由于對溫度應(yīng)力的考慮不足導(dǎo)致橋梁的預(yù)應(yīng)力損失嚴重,進而導(dǎo)致跨中下?lián)虾拖淞洪_裂.以前在考慮溫度應(yīng)力時我國許多連續(xù)剛構(gòu)橋梁按t型梁設(shè)計,取溫度差5,但由于每個橋梁跨中梁高并不一樣,采用相同溫度差顯然不合適.我國現(xiàn)行規(guī)范中采用三角形分布溫差模型也與實測的統(tǒng)計模型相差較大,經(jīng)過對某橋梁的溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)橋梁的溫度分布呈非線性分布,箱梁頂板溫度最高,箱梁腹板下部溫度最低.我國鐵道部在20世紀七八十年代對多座橋梁進行

6、監(jiān)測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)橋梁的溫度分布符合多次拋物線模式.而現(xiàn)行規(guī)范的溫度分布模型過于簡單,與實際的溫差模型相差較多,且用三角型模型設(shè)計橋梁偏于不安全.另外,由于連續(xù)橋梁的撓度與橋梁的剛度有關(guān),跨中剛度較小相對較柔而支座處相對較剛,導(dǎo)致溫度升高時跨中撓度較大,并可根據(jù)撓曲線發(fā)現(xiàn)跨中板底受拉,經(jīng)多次循環(huán)可能造成跨中的疲勞破壞.3.2.2對混凝土徐變的長期性和嚴重性認識不足首先,混凝土徐變是一個非線性問題而且具有很大的隨機性,導(dǎo)致混凝土徐變的變異性系數(shù)較大;其次,橋梁多用高強混凝土,而目前還沒關(guān)于高強混凝土徐變收縮的理論,工程中多借用普通混凝土的徐變收縮理論,導(dǎo)致?lián)隙扔嬎愕脑O(shè)計值與實際值相差較大.對混凝土徐變

7、收縮的認識不足會直接導(dǎo)致混凝土預(yù)應(yīng)力可靠性不足,而預(yù)應(yīng)力損失又使橋梁的剛度降低,進而加劇了橋梁下?lián)喜『?3.2.3施工質(zhì)量存在的一些問題施工單位往往希望可以縮短工期,在還沒達到混凝土加載齡期時就進行預(yù)應(yīng)力加載,過早加載往往造成:由于混凝土彈性模量的增長滯后于混凝土強度的增長,在混凝土強度到達加載強度時混凝土的彈性模量卻相對較小,以至于預(yù)應(yīng)力施加的彎矩小于自重產(chǎn)生的彎矩,使橋梁在施工階段就產(chǎn)生過大的撓度;過早加載會增加混凝土的徐變,進而導(dǎo)致混凝土預(yù)應(yīng)力的損失,再者施工時往往對預(yù)應(yīng)力的摩擦損失考慮不足,進一步增加了預(yù)應(yīng)力的損失,進而使橋梁的撓度加大.科學(xué)之友friendofscienceamate

8、urs2011年04月3.2.4超載對橋梁的影響首先,近幾年我國交通量劇增,汽車超載頻率也隨之增長,汽車超載時(尤其在超載堵車的情況)會使橋梁的實際荷載高于荷載的設(shè)計值,引起橋梁下?lián)?其次,汽車超載會引起橋梁的疲勞破壞,使橋梁的耐久性降低.3.3梁體裂縫現(xiàn)象原因分析梁體上的裂縫主要有斜裂縫,縱向裂縫,垂直裂縫,橫隔板裂縫以及齒板裂縫等.3.3.1主拉應(yīng)力斜裂縫主拉應(yīng)力斜裂縫是梁體出現(xiàn)最多的裂縫,由于支座處剪力較大,使其主要出現(xiàn)在支座附近,并逐漸向受壓區(qū)及跨中發(fā)展.另一特征是內(nèi)腹板斜裂縫要比箱外的嚴重.經(jīng)分析,其主要形成原因有:(1)20世紀90年代以來,為了施工方便,普遍取消了彎起束的設(shè)計,這

9、樣可以減小腹板厚度,但預(yù)應(yīng)力損失大,梁端部會出現(xiàn)大量斜裂縫.(2)在目前的設(shè)計中通常只從縱向和豎向來考慮主拉應(yīng)力,未曾考慮過箱梁內(nèi)側(cè)由于自重,活載和溫度原因而產(chǎn)生的橫向拉力,及扭轉(zhuǎn),翹曲等引起的剪切應(yīng)力,使得主拉應(yīng)力的設(shè)計值偏小,箱梁內(nèi)側(cè)裂縫開展較多.(3)施工不當,致使預(yù)應(yīng)力損失過大,有效預(yù)應(yīng)力嚴重不足,有時豎向預(yù)應(yīng)力筋已松動,沒有張拉力.(4)部分橋梁懸臂在施工中盲目搶工期,施工質(zhì)量差,在混凝土初凝時間還小于節(jié)段所澆注的時間的情況下,既不對掛籃壓重,又自內(nèi)向外澆注混凝土,導(dǎo)致了掛籃下?lián)?節(jié)段界面上緣的開裂,通車后出現(xiàn)嚴重斜裂縫.(5)腹板偏薄,普通鋼筋配筋率偏小.3.3.2縱向裂縫縱向裂縫

10、與橋軸方向平行,大多出現(xiàn)在頂?shù)装?出現(xiàn)的原因有:未設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力,在頂板下緣出現(xiàn)規(guī)范允許寬度的縱向裂縫.縱向預(yù)應(yīng)力施加過大,在橋梁克服恒載后仍具有很大的壓應(yīng)力儲備,造成縱向裂縫的產(chǎn)生.活載對橋梁產(chǎn)生的橫向彎矩是縱向裂縫形成的原因之一,經(jīng)常出現(xiàn)的超載現(xiàn)象使橫向作用大于縱向作用,易產(chǎn)生縱向裂縫.當箱梁腹板配筋不足,腹板內(nèi)側(cè)在梁自重下產(chǎn)生的橫向拉應(yīng)力及其他作用的組合,會在腹板產(chǎn)生縱向裂縫.節(jié)段澆注混凝土?xí)r間間隔過長,橋由于收縮差而出現(xiàn)縱向裂縫.在較薄的頂板中橫向預(yù)應(yīng)力束的布置位置往往難以控制偏差,若偏差過大,頂板下緣將產(chǎn)生縱向裂縫.在橋現(xiàn)澆施工階段,由于溫度應(yīng)力往往高于緩慢提升的混凝土抗拉強度,在底板

11、較厚的梁根部拆模后會發(fā)現(xiàn)在地板下緣產(chǎn)生的縱向裂縫.混凝土板在硬化過程中產(chǎn)生水化熱,中心溫度高于邊緣溫度,而板底與空氣接觸,溫度最低.在平面變形的作用下產(chǎn)生自平衡應(yīng)力,中心受壓邊緣受拉,當拉應(yīng)力大過抗拉強度,混凝土便會開裂,尤其在板底,但僅限于表面,危害較小.3.3.3垂直裂縫,橫隔板及齒板裂縫(1)垂直裂縫在大跨徑梁橋設(shè)計中的全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力a類構(gòu)件均不應(yīng)出現(xiàn),一旦出現(xiàn),就表明正截面強度不足.(2)橫隔板,齒板裂縫與施工質(zhì)量有關(guān),同時也是由于設(shè)計中截面尺寸不合理或預(yù)應(yīng)力設(shè)計噸位過大,錨下混凝土應(yīng)力過于集中造成的.3.4下?lián)喜『土芽p病害相互耦合跨中撓度往往和垂直裂縫與斜裂縫同時出現(xiàn),相互促

12、進惡化.4連續(xù)剛構(gòu)橋病害的相應(yīng)對策4.1控制裂縫的相應(yīng)對策(1)從設(shè)計上,首先,要保證橋梁有足夠的正截面強度和斜截面強度;其次,在設(shè)計時應(yīng)適當結(jié)合施工(如在設(shè)計中考慮恒載是應(yīng)適當結(jié)合各個施工階段);再次,應(yīng)充分考慮徐變對下?lián)系挠绊?最后,可以通過適當增加預(yù)應(yīng)力鋼筋來減小橋梁撓度(如在梁根部可以用預(yù)應(yīng)力鋼筋束在抵銷懸臂節(jié)段自重以減小橋梁下?lián)?.(2)在施工時應(yīng)加強對施工質(zhì)量的監(jiān)管,在施加預(yù)應(yīng)力時應(yīng)在保證混凝土的齡期的條件下進行.在使用時應(yīng)盡量減小超載事件的發(fā)生并注意橋梁的正常養(yǎng)護.4.2控制裂縫的相應(yīng)對策在設(shè)計和施工上,首先,應(yīng)注意充分考慮預(yù)應(yīng)力損失,尤其要保證豎向預(yù)應(yīng)力的有效性;其次,可以通過

13、增加橋梁腹板(尤其是橋梁根部處腹板)的厚度或增加腹板的配筋量來減少斜裂縫;最后,應(yīng)加強施工和使用的監(jiān)管.參考文獻:橋梁工程(上,下冊)fm1.北京:人民交通出版社,1996.f21中華人民共和國行業(yè)標準.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(jtgd622004).【3】賀拴海.橋梁結(jié)構(gòu)理論與計算方法m】.北京:人民交通出版社,2003.4】吉伯海,傅中秋.近年國內(nèi)橋梁倒塌事故原因分析卟河海大學(xué),2010(增刊):495-498.【5】李鴻晶,陸嗚,溫增平等.汶川地震橋梁震害的特征.南京工業(yè)大學(xué):自然科學(xué)版,2009,31(1):2429.61胡漢舟,葉梅新.橋梁事故及經(jīng)驗教訓(xùn)j.橋梁建設(shè)

14、,2002(3):7175.thecontinualsteelconstructsbridgesmainplantdiseaseandtheoriginmechanismanalysisxiefeiabstract:thecontinuousrigid-framebridge,akindoffreshseytemsofprestressconcrete-beambridge,hasspecialstructuralcharacterandforcedsystem.thiskindofbridgeisforcedreasonablyandusedwidely,buthassomedisadvantagessuchasmiddledeflectionandbodilycracks.theprimarycharacterandthereasonofthesediseasesthatspringupinthebridgearediscussedint