桁架拱橋病害分析及加固技術(shù)認(rèn)識(shí)

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400000)

桁架拱橋是由橋臺(tái)、桁架拱片、微彎板及橫向聯(lián)系等部分組成[1]，其中間為實(shí)腹段，兩側(cè)用拱形桁架片構(gòu)成的拱橋。施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量輕、剛度大，外形美觀靈活，是繼雙曲拱橋之后一種獨(dú)特的拱橋結(jié)構(gòu)，上世紀(jì)50-70年代在我國(guó)各大地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，但是隨著交通運(yùn)輸量、車(chē)輛密度和車(chē)輛載重的激增，已建的一些桁架拱橋受到了損壞，在使用上出現(xiàn)了問(wèn)題。為了確保交通順暢，對(duì)這些橋梁進(jìn)行病害及成因分析進(jìn)而進(jìn)行維護(hù)和加固是目前的首要任務(wù)。因此，這一系列舊橋病害研究對(duì)我國(guó)乃至世界的橋梁設(shè)計(jì)有著深遠(yuǎn)的影響和重大的幫助。

一、鋼筋混凝土桁架拱橋常見(jiàn)病害

(一)混凝土開(kāi)裂

在橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土梁體的開(kāi)裂是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象[2]。對(duì)于混凝土的開(kāi)裂，裂縫可分為梁頂、底板開(kāi)裂、腹板裂紋和齒板裂紋等[3]。根據(jù)形成因素可歸結(jié)為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫是指混凝土在極限應(yīng)變作用下的開(kāi)裂現(xiàn)象。寬度與外荷載的作用有緊密關(guān)系。非結(jié)構(gòu)性裂縫一般是指由于結(jié)構(gòu)本身約束的限制而引發(fā)的開(kāi)裂。經(jīng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)混凝土收縮、徐變和溫差都是引起非結(jié)構(gòu)性裂縫的因素。

(二)鋼筋銹化

如果在施工中，質(zhì)量沒(méi)有得到很好的控制，加固的橋梁結(jié)構(gòu)就會(huì)生銹，鋼筋應(yīng)力區(qū)域減小，結(jié)構(gòu)的承載能力就會(huì)降低，從而降低了鋼筋材料的耐久性，而體積膨脹則會(huì)導(dǎo)致混凝土或混凝土砌塊的開(kāi)裂[4]。混凝土開(kāi)裂后，混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露在空氣中，開(kāi)始產(chǎn)生惡性循環(huán)。當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度不足[5]，也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)破壞的重要原因，環(huán)境的pH值等表面缺陷會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土桁架拱橋的結(jié)構(gòu)是一種最具破壞性的因素。

(三)橋梁構(gòu)造物病害影響

1.橋梁伸縮縫帶來(lái)的影響。伸縮縫裝置通常位于梁端相對(duì)脆弱的部位。它受橋面溫度變化和車(chē)輛荷載的影響，其結(jié)果就是會(huì)引起橋梁的膨脹變形[6]。很容易被損壞和堵塞。甚至有時(shí)橋面板的滲透腐蝕會(huì)導(dǎo)致梁主體結(jié)構(gòu)的腐蝕和支撐的加固[7]。其常見(jiàn)病害可概括為：老化、脫落、節(jié)理活動(dòng)異常和錨固構(gòu)件損傷。當(dāng)槽內(nèi)填充其他硬體，不易變形，結(jié)構(gòu)件凹陷或突出。

2.橋梁墩臺(tái)、支座造成的病害。動(dòng)支座可保證橋梁上部結(jié)構(gòu)自由形變(旋轉(zhuǎn)或移動(dòng))，如果雜物進(jìn)入，或內(nèi)部鋼筋銹化，支座螺母的松動(dòng)或者斷裂[8]，軸承上螺栓脫落，支座滑動(dòng)面粗糙，橡膠支座老化，都會(huì)使橋梁上部結(jié)構(gòu)的能力會(huì)失去自由膨脹。

(四)橋面鋪裝病害

橋面鋪裝破損已嚴(yán)重危害了公路橋梁的健康運(yùn)營(yíng)。特別是近年來(lái)車(chē)輛的增加，出行率的提高，再加上超載車(chē)輛的損傷效應(yīng)，使混凝土鋪裝層開(kāi)裂現(xiàn)象愈發(fā)明顯[9]。又由于過(guò)去設(shè)計(jì)的橋面鋪裝層太薄且鋪裝層中配筋很少，致使其難以抵抗荷載作用，就會(huì)影響橋梁的使用壽命，鋪裝層主要病害是鋪裝層的縱向、橫向和網(wǎng)狀出現(xiàn)裂縫，或鋪裝層剝落。

二、對(duì)這些病害成因的討論與研究

(一)梁、柱等主要承重構(gòu)件中產(chǎn)生的裂縫

在施工階段和使用階段都有著裂縫產(chǎn)生，混凝土裂縫可分為微觀裂紋和宏觀裂紋[8](裂紋是指在混凝土的開(kāi)裂荷載或不低于混凝土的微小裂紋，受混凝土收縮等主要影響因素；混凝土裂縫的主要的塑性變形是指在各種荷載作用下的可見(jiàn)裂紋，往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面、縱向、橫向或者直接貫穿內(nèi)部等，與結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布有直接關(guān)系)，它對(duì)桁架拱橋的危害主要有：1.加速混凝土碳化；2.天氣情況惡劣時(shí)，混凝土耐腐蝕性會(huì)受到考驗(yàn)，特別是當(dāng)雨水沿裂縫滲入混凝土?xí)r，混凝土的強(qiáng)度降低；3.不利于橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不僅是影響橋梁結(jié)構(gòu)的外在、正常工作和使用年限，長(zhǎng)期性的裂縫滲透可能會(huì)使橋梁整體崩塌。

(二)主拱圈病害分析

若在設(shè)計(jì)初期桁架拱橋只是為了外形的輕巧而縮節(jié)建筑材料，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的低強(qiáng)度并且配筋稀少，做出的主拱圈截面不夠大，輕視了主拱圈在施工過(guò)程和未來(lái)的工作中的重要性，導(dǎo)致主拱圈承載力嚴(yán)重不足，偏載情況會(huì)對(duì)橋中部分的拱圈產(chǎn)生剪切作用，導(dǎo)致橫系梁起不到抗剪目的，縱向裂縫就會(huì)出現(xiàn)在主拱圈附近，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成工程事故。

(三)橋面鋪裝層的病害分析

據(jù)網(wǎng)上多年來(lái)的調(diào)研分析，混凝土橋面鋪裝層受到破壞比例占公路橋涵總體受損比例在爬升，隨之維修費(fèi)用也逐年加大。眾所周知設(shè)計(jì)橋面鋪裝層是維護(hù)橋面板，增強(qiáng)它的耐久性和工作年限[10]，因此，設(shè)計(jì)橋面鋪裝層是為了控制裂縫的產(chǎn)生和找出合適的鋪裝層厚度。

三、總結(jié)

(1)當(dāng)前鋼筋混凝土桁架拱橋還存在其他的病害，造成混凝土開(kāi)裂、內(nèi)部鋼筋銹蝕、橋面鋪裝層損壞、橋梁伸縮縫和墩臺(tái)支座病害的原因也不止上述部分，還有如設(shè)計(jì)理論的不合理、使用年限太長(zhǎng)、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等因素；另外，須重視普遍拱橋中下部墩臺(tái)和基礎(chǔ)的不均勻沉降現(xiàn)象。(2)對(duì)桁架拱中的主要受力構(gòu)架要配置足夠的鋼筋，或預(yù)應(yīng)力筋，來(lái)減少裂縫。(3)對(duì)已建成的桁架拱橋要定期檢測(cè)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理來(lái)保證其安全地持續(xù)性運(yùn)行。(4)通過(guò)對(duì)桁架拱橋的常見(jiàn)病害的認(rèn)知和分析，希望能對(duì)該類(lèi)型橋的維修加固有一定的幫助。目前，混凝土桁架拱橋在全國(guó)范圍都有廣泛使用。對(duì)于病害的防治，也應(yīng)得到工程人員的關(guān)注，廣泛使用的解決方法在上述文中已經(jīng)闡明。總而言之。質(zhì)量好的工程建設(shè)，才有利于人民生活的發(fā)展，才能促進(jìn)交通，達(dá)到互惠互利的目的。