關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)病害的分析

1、橋梁結(jié)構(gòu)病害分析混凝土結(jié)構(gòu)的病害表現(xiàn)形式多種多樣，引起病害的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，從引起病害的原因來(lái)分析，可以將其劃分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)為由環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷與破壞。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土中某些成份發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)，引起混凝土損傷，影響結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性。第二類(lèi)為由荷載作用或設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷。例如，由于超載作用引起的裂縫，動(dòng)力沖擊作用引起疲勞破壞。構(gòu)造措施和施工方法不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)裂縫等。環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞1 混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳

2、或其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護(hù)作用。碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。2 氯離子的侵蝕氯離子對(duì)混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來(lái)源，北方寒冷地區(qū)冬季道路、橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中。氯離子對(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。3 堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓

3、力，造成混凝土開(kāi)裂。堿骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開(kāi)裂，所以有時(shí)也稱(chēng)堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。堿骨料反應(yīng)破壞的最重要特征之一是混凝土表面開(kāi)裂，裂縫的形態(tài)與結(jié)構(gòu)中鋼筋形成的限制和約束狀態(tài)有關(guān)：鋼筋限制、約束力強(qiáng)的混凝土形成順筋裂縫；鋼筋限制約束作用弱的混凝土形成網(wǎng)狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。堿骨料反應(yīng)裂縫與其他原因裂縫的主要區(qū)別是： 堿一骨料反應(yīng)引起混凝土局部膨脹，裂縫的兩個(gè)邊緣出現(xiàn)不平狀態(tài)（錯(cuò)臺(tái)）；是堿骨料反應(yīng)裂縫的特有現(xiàn)象； 堿一骨料反應(yīng)與環(huán)境濕度有關(guān)，在同一工

4、程中潮濕部位出現(xiàn)裂縫，而干燥部位卻安然無(wú)恙，是堿骨料反應(yīng)裂縫區(qū)別與其他原因裂縫的外觀特征差別之一。 從裂縫出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)判斷，堿一骨料反應(yīng)裂縫出現(xiàn)的時(shí)間較晚，多在施工后510年內(nèi)出現(xiàn)，而混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的時(shí)間較早，一般在施工后若干天內(nèi)出現(xiàn)。4 凍融循環(huán)破壞滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹，從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)多次凍融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強(qiáng)度降低。凍融循環(huán)破壞的混凝土剝落，開(kāi)始時(shí)在混凝土表面出現(xiàn)粒徑為2-3mm的小片剝落，隨著使用年限的增加，剝落量及剝落塊直徑增大，剝落由表及里，發(fā)展速度很快。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)凍融引起的混凝土剝落，必需密切注意剝落的發(fā)展情況，及時(shí)采取修補(bǔ)措施。北

5、方地區(qū)采用撒鹽除冰，由于鹽類(lèi)與凍融循環(huán)的共同作用引起的鹽凍破壞是凍融循環(huán)破壞的一種特殊形式。鹽凍破壞是靜水壓及鹽溶液的滲透壓和結(jié)晶壓共同作用的結(jié)果，因此，鹽凍破壞要比單純的凍融破壞嚴(yán)酷得多。鹽凍破壞區(qū)別于其他破壞形式的主要特征是： 表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面的混凝土完好； 破壞速度快，對(duì)未采用防鹽凍措施而使除冰鹽者，少則一冬，多則幾冬，即可產(chǎn)生嚴(yán)重鹽凍破壞； 在沒(méi)有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見(jiàn)到白色鹽結(jié)晶體；5 鋼筋銹蝕混凝土中鋼筋腐蝕的首要條件是鈍化膜壞，混凝土的碳化及氯離子侵蝕都會(huì)造成覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜的破壞，加之有水分和氧的侵入，就可能引起鋼筋的腐蝕。鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，

6、使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋截面面積減少，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時(shí)間的推移，腐蝕會(huì)逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。值得注意的是，上述所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質(zhì)。另一方面，幾乎所有的侵蝕作用對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞都與侵蝕作用引起的混凝土膨脹，最終導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂有關(guān)。而且當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂后，腐蝕速度將大大加快。形成導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)一步退化的惡化循環(huán)。因此，對(duì)新建結(jié)構(gòu)而言，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本途徑是增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，防止和控制混凝土開(kāi)裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保護(hù)層的厚度，防止由于

7、混凝土保護(hù)層碳化引起鋼筋鈍化膜的破壞。對(duì)于在役結(jié)構(gòu)而言，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本思路是在清除病害根源的基礎(chǔ)上，封堵裂縫，修補(bǔ)破損混凝土；增設(shè)防水層，防止水分的侵入?；炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫分析實(shí)踐表明，混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表。所以，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，首先應(yīng)從對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析入手?；炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴(kuò)展而引起的。引起裂縫的原因很多，但可歸納為兩大類(lèi)：第一類(lèi)：由外荷載引起的裂縫，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性裂縫（又稱(chēng)為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。這種裂縫的出現(xiàn)，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在

8、其他嚴(yán)重問(wèn)題。第二類(lèi)：由變形引起的裂縫，稱(chēng)為非結(jié)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形受到限制時(shí)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現(xiàn)，變形得到釋放，拉應(yīng)力也就消失了。兩類(lèi)裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時(shí)兩類(lèi)裂縫融在一起。調(diào)查資料表明，在兩類(lèi)裂縫中以變形引起的裂縫占主導(dǎo)的約占80%；以荷載引起的裂縫占主導(dǎo)的約占20%。對(duì)裂縫原因的分析是裂縫危害性評(píng)定，裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù)，若對(duì)裂縫不經(jīng)分析研究就盲目進(jìn)行處理，不僅達(dá)不到預(yù)期的效果，還可能潛藏著突發(fā)性事故的危險(xiǎn)。非結(jié)構(gòu)性裂縫混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫根據(jù)其形成的時(shí)間可分為：

9、混凝土硬化前裂縫、硬化過(guò)程裂縫和完全硬化后裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生受混凝土材料組成、澆筑方法，養(yǎng)護(hù)條件和使用環(huán)境等等多種因素影響。（1）收縮裂縫在混凝土凝固過(guò)程中，由于多余水分蒸發(fā)，引起的混凝土體積縮小稱(chēng)為干縮。同時(shí)，水泥與水起水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不斷緊密，引起的混凝土體積縮小稱(chēng)為凝縮。收縮中以干縮為主，占總收縮量的8/109/10。收縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷加大，初期收縮較快，爾后日趨緩慢。普通混凝土在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的極限收縮變形約為（34）X104。當(dāng)混凝土成形后，表面水份蒸發(fā)，這種水份蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展，截面內(nèi)外溫度不等，內(nèi)外收縮量不一樣。混凝土表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束或

10、其他約束限制時(shí)，即在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起混凝土開(kāi)裂。尤其是混凝土早期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土表面直接受到風(fēng)吹日曬的影響，表面水份蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，混凝土早期強(qiáng)底低，很容易出現(xiàn)收縮裂縫。收縮裂縫發(fā)生在混凝土面層，裂縫淺而細(xì)，寬度多在0.050.2mm之間。對(duì)板類(lèi)構(gòu)件多沿短邊方向，均勻分布于相鄰兩根鋼筋之間，方向與鋼筋平行。對(duì)高度較大的鋼筋混凝土梁，由于腰部水平鋼筋間距過(guò)大，在腰部（或腹板）產(chǎn)生豎向收縮裂縫，但多集中在構(gòu)件中部，中間寬兩頭細(xì)，至梁的上、下緣附近逐漸消失，梁底一般沒(méi)有裂縫。大體積混凝土在平面部位收縮裂縫較多，側(cè)面也有所見(jiàn)。收縮裂縫對(duì)構(gòu)件承載力影響不大，主要影響影響結(jié)構(gòu)外觀和耐久

11、性。（2）溫度裂縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫，這種裂縫稱(chēng)為溫度裂縫。按結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)不同、溫度變形、溫度應(yīng)力不同，溫度裂縫可分為三種類(lèi)型： 截面均勻溫差裂縫一般橋梁結(jié)構(gòu)為桿件體系長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度變化時(shí)，構(gòu)件截面受到均勻溫差的作用，可忽略橫截面兩個(gè)方向的變形，只考慮沿梁長(zhǎng)度方向的溫度變形，當(dāng)這種變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，出現(xiàn)裂縫。例如：連續(xù)梁預(yù)留伸縮縫的伸縮量過(guò)小，或有施工時(shí)散落的混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫，或堆集于支座處沒(méi)有及時(shí)清理，使伸縮縫和支座失靈

12、等，當(dāng)溫度急劇變化時(shí)，結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)受到約束，上部橋跨結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)這種截面均勻溫差裂縫，嚴(yán)重者還可能造成墩臺(tái)的破壞。 截面上、下溫差裂縫以橋梁結(jié)構(gòu)中大量采用的箱形梁為例，當(dāng)外界溫度驟然變化時(shí)，會(huì)造成箱內(nèi)外的溫度差，考慮到橋梁為長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為在沿梁長(zhǎng)方向箱內(nèi)外的溫差是一致的，沿水平橫向沒(méi)有溫差。將三維熱傳導(dǎo)問(wèn)題簡(jiǎn)化為沿梁的豎向溫度梯度來(lái)確定，一般假設(shè)梁的截面高度方向、溫差呈線性變化。在這種溫差作用下，梁不但有軸向變形，還伴隨產(chǎn)生彎曲變形。梁的彎曲變形在超靜定結(jié)構(gòu)中不但引起結(jié)構(gòu)的位移，而且因多余約束存在，還要產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力。當(dāng)上、下溫差變形產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土就要出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱(chēng)為截面上、下溫差裂縫。 截面內(nèi)外溫差裂縫水泥在水化過(guò)程產(chǎn)生一定的水化熱，其大部分熱量是在混凝土澆筑后3天以?xún)?nèi)放出的。大體積混凝土產(chǎn)生的大量水化熱不容易散發(fā)，內(nèi)部溫度不斷上升，而混凝土表層散熱較快，使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差。另外，預(yù)制構(gòu)件采用蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于混凝土升溫或降溫過(guò)快，致使混凝土表面劇烈升溫或降溫，也會(huì)使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差。在這種截面內(nèi)外溫差作用下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彎曲變形，截面縱向纖維因溫差的伸長(zhǎng)將受到約束，產(chǎn)生溫度自應(yīng)力。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)還會(huì)產(chǎn)生阻止撓曲變形的約束應(yīng)力。有時(shí)此溫度應(yīng)力是相當(dāng)大的，尤其是混